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Gegenstand der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Pressenwerkzeug für eine Presse
zum Umformen von Teilen mit zusätzlicher
Klemmfunktion nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1, sowie eine
mit einem solchen Pressenwerkzeug ausgeführte Presse und ein Verfahren,
das unter Anwendung dieses Pressenwerkzeugs in einer Presse arbeitet.
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Hintergrund der Erfindung
und Stand der Technik
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Heutzutage
werden für
eine Vielzahl von Anwendungen, insbesondere in der Fahrzeugindustrie, Pressen
zum Umformen großflächiger Teile,
insbesondere Blechteile, eingesetzt, wie beispielsweise Autotüren. Häufig reicht
es aus, derartige Teile mit einem einzigen Umformschritt in einer
Presse in ihre Sollform zu bringen. Es hat sich jedoch gezeigt,
dass insbesondere bei Fertigungsprozessen, bei denen Teile mit komplexer
Geometrie oder großer
Ziehtiefe hergestellt werden müssen,
für ein
und dasselbe Teil häufig
mehrere Umformschritte erforderlich sind, bis das Teil seine Sollform
erreicht hat. So ist es üblich, derartige
komplexe Teile zunächst
in einem ersten Schritt vorzuformen und dann in einem oder mehreren
weiteren Umformschritten diesen Teilen ihre endgültige Geometrie zu verleihen.
Man spricht in diesem Zusammenhang auch von „erstem Ziehen” für den ersten
Umformschritt und dementsprechend von „zweitem Ziehen” für den folgenden
zweiten Umformschritt. Die vorliegende Erfindung ist für die weiteren Umformschritte
einsetzbar, die nach dem ersten Umformschritt folgen.
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Hierfür eingesetzte
Pressen werden üblicherweise
mit auswechselbaren Pressenwerkzeugen versehen, die auf die jeweilige
Fertigungssituation abgestimmt werden können. Ein solches Pressenwerkzeug
weist in der Regel einen eine Sollform des umzuformenden Teils bestimmenden
Stempel, einen Niederhalter, der dazu ausgebildet ist, das Teil
in einem bereits fertigen Bereich des Teils belastet durch ein Stößelkissen
der Presse oder eine andere Vorrichtung, wie zum Beispiel ein Federmechanismus, formschlüssig auf
den Stempel zu drücken,
einen Blechhalter, der nahe dem Stempel und relativ zu diesem verlagerbar
angeordnet ist, wobei ein Randbereich des Teils auf dem Blechhalter
auflegbar ist, und eine Matrize auf, die zum weiteren Umformen des Teils
ausgebildet und relativ zum Stempel verlagerbar ist. Zum Umformen
im Rahmen eines auf einen ersten Umformschritt folgenden weiteren
Umformschritt wird bei diesem Pressenwerkzeug der Randbereich des
Teils zwischen dem Blechhalter und der Matrize eingeklemmt. Unter
gemeinsamer Verlagerung von Blechhalter und Matrize relativ zum
Stempel wird das Teil zwischen Matrize und Stempel gepresst und
so in seine vorbestimmte Sollform umgeformt. Zum Freigeben des in
seine Sollform umgeformten Teils wird dann die Matrize von dem Stempel
abgehoben.
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Bei
bekannten Ausführungsformen
ist es also üblich,
dass sich der Blechhalter während
des Umformprozesses mit der Matrize mitbewegt und dabei den Rand
des umzuformenden Teils eingeklemmt hält. Nach dem Umformprozess
ist vorgesehen, das sich der Blechhalter wieder in seine Ausgangsposition
zurückbewegt.
Zu diesem Zweck ist eine Rückstelleinheit
in Form einer Gasdruckfeder vorgesehen, die den Blechhalter ebenfalls
in eine Richtung entgegen der ersten Bewegungsrichtung zurückstellt.
Wie aus der Praxis bekannt ist, verbleibt der Niederhalter in seiner
das Teil fixierenden Stellung und drückt dabei das Teil weiterhin
auf den Stempel. Daraus ergibt sich aber das Problem, dass der Blechhalter
bei seiner Rückstellbewegung
unter der Wirkung der Gasdruckfeder das umgeformte Teil wieder in
unerwünschter
Weise zurückbiegt.
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Um
dieses Problem zu lösen,
wurden im Stand der Technik steuerbare Rückstellvorrichtungen für den Blechhalter
eingesetzt. Diese wurden so angesteuert, dass sie den Blechhalter,
auf dem der Randbereich des umgeformten Teils nach dem Umformvorgang
aufliegt, erst dann in seine ursprüngliche Position zurückstellen,
wenn Matrize und Niederhalter eine bestimmte Stellung erreicht haben,
insbesondere der Niederhalter nicht mehr das umgeformte Teil auf
dem Stempel fixiert. Um dies zu gewährleisten, ist die Rückstelleinheit
in der Praxis beispielsweise als regelbare Gasdruckfeder ausgebildet,
die bei der vorstehend erläuterten
Lösung
blockiert wird, solange Niederhalter und Matrize die gewünschte Stellung
noch nicht erreicht haben. Eine derartige regelbare Gasdruckfeder
ist jedoch technisch aufwändig und
mit entsprechenden zusätzlichen
Anschaffungs- und Montagekosten verbunden. Weiterhin ist bei einer
Gasdruckfeder, die durch Steuerung blockierbar ist, eine zusätzliche
Kühlvorrichtung
notwendig, um die durch die Blockierung entstehende Wärme ableiten
zu können.
Diese zusätzliche
Kühlvorrichtung verursacht
ihrerseits wieder erhöhte
Anschaffungs- und Montagekosten. Zudem erfordern die Gasdruckfeder
und Kühlvorrichtung
regelmäßige Wartungsvorgänge, um
eine zuverlässige
Funktionsweise der Presse zu gewährleisten.
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Eine
andere aus dem Stand der Technik bekannte Lösung umfasst Pressen mit gesteuerten
Unterluftkissen, die beim Öffnen
der Presse die Aufwärtsbewegung
des Blechhalters verhindern. In der Praxis sind Pressenstraßen nur
mit einer Ziehpresse ausgerüstet,
die am Anfang der Pressenstraße
angeordnet ist und über
ein gesteuertes Unterluftkissen verfügt. Die restlichen Pressen
sind für
Folgeoperationen wie Beschneiden und Nachformen vorgesehen, und
daher nur mit einem Stößelkissen
ausgerüstet. Dies
beruht auf der Tatsache, dass es möglich ist, die meisten Teile
mit nur einem Ziehvorgang zu fertigen.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Pressenwerkzeug,
eine mit einem solchen Pressenwerkzeug ausgestattete Presse sowie
ein Verfahren zum Umformen von Teilen bereitzustellen, wobei bei
einem kostengünstigen
und einfachen Aufbau des Pressenwerkzeugs gewährleistet ist, dass umgeformte
Teile während
des Prozessschritts des Öffnens
des Pressenwerkzeugs keinen unerwünschten Verformungen ausgesetzt
sind.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Pressenwerkzeug für eine Presse ohne gesteuertes
Unterluftkissen gelöst,
das mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 ausgebildet ist.
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Ein
solches Pressenwerkzeug umfasst:
- – einen
eine Sollform des Teils bestimmenden Stempel,
- – einen
Niederhalter, der dazu ausgebildet ist, das Teil in einem bereits
fertigen Bereich des Teils belastet durch ein Stößelkissen der Presse oder eine
andere Vorrichtung, wie zum Beispiel ein Federmechanismus, formschlüssig auf
den Stempel zu drücken,
- – einen
Blechhalter, der nahe dem Stempel und relativ zu diesem verlagerbar
angeordnet ist, wobei ein Randbereich des Teils auf dem Blechhalter auflegbar
ist, und
- – eine
Matrize, die zum Umformen des Teils ausgebildet und relativ zum
Stempel verlagerbar ist.
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Zum
Umformen wird erfindungsgemäß der Randbereich
des vorgeformten Teils zwischen dem Blechhalter und der Matrize
eingeklemmt. Unter gemeinsamer Verlagerung von Blechhalter und Matrize relativ
zum Stempel wird das Teil in eine vorbestimmte Sollform umgeformt.
Zum Freigeben des in seine Sollform umgeformten Teils ist die Matrize
von dem Blechhalter und der Niederhalter von dem Stempel lösbar. Zur
Vermeidung vorstehend geschilderter Problematik sieht die Erfindung
vor, dass an dem Blechhalter eine Kopplungsvorrichtung vorgesehen ist,
die eine Relativbewegung zwischen dem Blechhalter und dem Niederhalter
beim Abheben der Matrize vom Stempel verhindert.
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Diese
Kopplungsvorrichtung verhindert also, das sich der Blechhalter relativ
zu dem umgeformten Teil nach dem Umformprozess verlagert, selbst
wenn die Matrize bereits vom Teil abgehoben wurde. Erfindungsgemäß wird die
Rückstellbewegung
des Blechhalters, die durch die eingangs geschilderte diesem zugeordnete
Rückstellvorrichtung
induziert wird, mittels der Kopplungsvorrichtung blockiert oder
es wird über
die Kopplungsvorrichtung erreicht, dass sich Blechhalter, Matrize
und Niederhalter zusammen mit dem Teil vom Stempel abheben. In beiden
Fällen
wird also nach dem Umformvorgang das Teil in seiner Geometrie beibehalten
und keinen unerwünschten
Umformkräften
ausgesetzt. Die Kopplungsvorrichtung macht aufwändige Rückstellvorrichtungen, wie sie eingangs
beschrieben wurden, überflüssig.
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Erfindungsgemäß kann bei
einer Ausführungsvariante
vorgesehen sein, dass die Kopplungsvorrichtung ein Stellglied aufweist,
das relativ zu dem Blechhalter derart verlagerbar ist, dass es eine
höhenverstellbaren
Auflage für
eine Stütze
bereitstellt, die den Kraftfluss zum Stößelkissen herstellt. Das Stößelkissen,
das mit seinem Druck dafür
sorgt, dass der Niederhalter das umzuformende Teil auf den Stempel
drückt,
kann also über
die Kopplungsvorrichtung und die diesem zugeordnete Stütze in eine feste
Relativlage zu dem Blechhalter gebracht werden. Dadurch ist gewährleistet,
dass beim Freigeben des Teils der vom Stößelkissen belastete Niederhalter
und der Blechhalter stets in der gleichen Relativlage zueinander
verbleiben. Jegliche Relativbewegungen zwischen Niederhalter und
Blechhalter sind dadurch ausgeschlossen und dementsprechend auch
unerwünschte
Umformvorgänge
am umzuformenden Teil, die aus solchen Relativbewegungen resultieren.
So kann vorgesehen sein, dass über
das Stellglied ein Abstand zwischen dem Blechhalter und dem Stößelkissen
bzw. dem Niederhalter, einstellbar ist.
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Gemäß einer
Ausführungsvariante
der Erfindung ist es möglich,
dass das Stellglied als drehantreibbarer Gewindebolzen in einer
Gewindeöffnung des
Blechhalters aufgenommen ist und über eine Antriebseinheit drehantreibbar
ist. Dabei kann erfindungsgemäß vorgesehen
sein, dass die Antriebseinheit einen pneumatischen oder hydraulischen
Antriebszylinder und eine zwischengeschaltete Getriebeeinheit aufweist.
Die Getriebeeinheit kann eine lineare Bewegung des pneumatischen
oder hydraulischen Antriebszylinders in eine entsprechende Rotationsbewegung
des Gewindebolzens umwandeln. Dies kann durch ein geeignetes Zahnrad-Zahnstangen-Getriebe erreicht
werden. Es ist aber ebenso erfindungsgemäß möglich, ein Schneckengetriebe oder
andere Getriebe zu verwenden, die dazu geeignet sind, eine Linearbewegung
in einer Rotationsbewegung umzuwandeln. Die Rotationsbewegung kann
auch über
elektrisch angetriebene Motoren, wie z. B. Schrittmotoren, erzeugt
werden.
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Ferner
kann erfindungsgemäß vorgesehen sein,
dass der Gewindebolzen mit einem selbsthemmenden Gewinde, insbesondere
einem Trapezgewinde, ausgebildet ist. Die Steigung des selbsthemmenden
Gewindes ist dabei so gewählt,
dass nach einer Einstellung über
die Antriebseinheit selbst bei hohen Lasten jegliche Verstellung
ausgeschlossen ist.
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Wie
eingangs bereits angedeutet, ist es üblich, den Blechhalter in eine
Ausgangsstellung über eine
Rückstellvorrichtung
vorzuspannen. Erfindungsgemäß kann in
diesem Zusammenhang vorgesehen sein, dass der Blechhalter über einen
Federmechanismus, insbesondere eine Gasdruckfeder, in eine vorbestimmte
Ausgangsstellung vorgespannt ist, wobei der Blechhalter beim Umformen
des Teils über
die Matrize unter Komprimierung des Federmechanismus relativ zum
Stempel verlagerbar ist. Die Gasdruckfeder kann dabei als ein passives
Element in einfacher Weise ausgebildet sein, das heißt sie wird nicht
aktiv angesteuert. Derartige Gasdruckfedern sind im Gegensatz zu
aktiv ansteuerbaren Gasdruckfedern erheblich kostengünstiger
und weniger fehler- und wartungsanfällig.
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Gemäß einer
Ausführungsvariante
der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Federmechanismus derart
dimensioniert oder betreibbar ist, dass er unter dem Druck des Stößelkissens
komprimiert bleibt. Bei dieser Ausführungsvariante bleibt nach dem
Abheben der Matrize vom Stempel der Blechhalter unter dem über das
Stößelkissen
ausgeübten Druck
zusammen mit dem Niederhalter und der Blechteil in einer derartigen
Stellung, dass das Teil auf dem Stempel weiterhin aufliegt. Erst
nach Anheben des Stößelkissens
und des Niederhalters kann sich der Federmechanismus entspannen
und hebt das Teil vom Stempel ab.
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Alternativ
zu der vorstehend geschilderten relativ schwachen Ausbildung des
Federmechanismus kann vorgesehen sein, dass der Federmechanismus
derart dimensioniert ist, dass er sich bei Freigeben des Teils durch
die Matrize entspannt und dabei den Blechhalter zusammen mit dem
Stößelkissen,
dem Teil und dem Niederhalter vom Stempel abhebt. Mit anderen Worten
wird bei einer derart starken Ausbildung des Federmechanismus der
Blechhalter zusammen mit dem Teil und dem Niederhalter nach oben
gedrückt.
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Eine
andere Ausführungsform
der Erfindung sieht vor, den Druck über eine andere Vorrichtung, wie
z. B. einen Federmechanismus, aufzubauen, falls kein Stößelkissen
in der Presse vorhanden ist, oder es nicht eingesetzt wird. Dabei
würde die
Stütze den
Kraftfluss direkt auf den Niederhalter übertragen. Die Kopplung zwischen
Niederhalter und Blechhalter findet ohne Umweg über das Stößelkissen statt. Die Ausführung mit
Stößelkissen
wird primär
behandelt, da bei dessen Vorhandensein die Kosten eines zusätzlichen
Federmechanismus entfallen.
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Die
Erfindung betrifft ferner eine Presse zum Umformen von Teilen, wobei
das Pressenwerkzeug mit einem Pressenwerkzeug der vorstehend beschriebenen
Art ausgebildet ist.
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Die
Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Umformen von Teilen mit
einem Pressenwerkzeug der vorstehend beschriebenen Art. Dieses Verfahren umfasst
die folgenden Schritte:
- – Positionieren des Teils in
dem Pressenwerkzeug,
- – Festhalten
des Teils in einem bereits fertigen Bereich des Teils mittels eines
Niederhalters, der unter dem über
das Stößelkissen
ausgeübten Druck
oder dem Druck eines Federmechanismus das Teil auf einen Stempel
des Umformwerkzeugs drückt,
- – Einklemmen
eines Randbereichs des Teils zwischen einem relativ zum Stempel
verlagerbaren Blechhalter und einer relativ zum Stempel verlagerbaren
Matrize,
- – gemeinsames
Verlagern des Blechhalters und der Matrize relativ zum Stempel,
derart, dass der noch umzuformende Bereich des Teils zwischen zueinander
korrespondierenden Flächen
der Matrize und des Stempels in eine Sollform umgeformt wird,
- – Koppeln
des Stößelkissens
oder des Niederhalters mit dem Blechhalter über die Kopplungsvorrichtung,
derart, dass Niederhalter und Blechhalter eine konstante Relativlage
zueinander aufweisen, und
- – Anheben
des Matrizenoberteils vom Stempel, wobei der Blechhalter und das
Teil im wesentlichen in derselben Relativlage zueinander bleiben.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
kann ferner vorgesehen sein, dass das Koppeln des Stößelkissens
oder des Niederhalters mit dem Blechhalter über die Kopplungsvorrichtung
während
des Umformvorgangs oder nach Abschluss des Umformvorgangs erfolgt.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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Die
Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der beiliegenden
Figuren erläutert.
Es stellen dar:
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1 eine
Explosionsdarstellung zu dem erfindungsgemäßen Pressenwerkzeug;
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2 ein
erfindungsgemäßes Pressenwerkzeug
in geöffneter
Stellung im Längsschnitt,
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3 das
erfindungsgemäße Pressenwerkzeug
nach 2, wobei der Verfahrensschritt des Fixierens des
umzuformenden Teils gezeigt ist,
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4 das
erfindungsgemäße Pressenwerkzeug
nach 2, wobei der Verfahrensschritt des Umformens des
Teils gezeigt ist,
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5 das
erfindungsgemäße Pressenwerkzeug
nach 2 in geschlossener Stellung,
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6 das
erfindungsgemäße Pressenwerkzeug
nach 2, wobei der Verfahrensschritt des Öffnens des
Pressenwerkzeugs gemäß einer
ersten Variante der Erfindung gezeigt ist,
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7 das
erfindungsgemäße Pressenwerkzeug
nach 2, wobei der Verfahrensschritt des Öffnens des
Pressenwerkzeugs gemäß einer
zweiten Variante der Erfindung gezeigt ist,
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8 eine
perspektivische Darstellung der Antriebseinheit der Kopplungsvorrichtung,
und
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9 das
erfindungsgemäße Pressenwerkzeug
in einer vereinfachten Ausführungsvariante,
wo der Niederhalterdruck nicht von Stößelkissen erzeugt wird, sondern
von einem Federmechanismus.
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Beschreibung von Ausführungsbeispielen
der Erfindung
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1 zeigt
eine Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäßen Pressenwerkzeugs 10,
wie es in einer Presse eingebaut ist. Die Presse umfasst einen Pressentisch 11,
einen Pressenstößel 23 und
ein Stößelkissen 24. 2 zeigt
hingegen eine Schnittdarstellung durch das Pressenwerkzeug 10 mit
eingelegtem Teil.
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Im
Einzelnen erkennt man in 1 und 2 den Pressentisch 11 sowie
einen darauf aufliegenden Werkzeugunterbau 12. Auf dem
Werkzeugunterbau 12 ist ein Unterteil 14 angebracht.
Innerhalb des Unterteils 14 ist ferner ein Stempel 16 angeordnet,
der fest mit dem Unterteil 14 des Pressenwerkzeugs 10 verbunden
ist. Der Stempel 16 weist an seiner Oberseite eine Formfläche auf,
die der Sollform eines umzuformenden Teiles entspricht. Gegenüber dem
Stempel 16 ist eine dazu relativ bewegbare Matrize 18 angeordnet.
Ein umzuformendes Teil 20 (siehe 2) wird
auf den Stempel 16 aufgelegt, wobei dieses Teil 20 in
dem dargestellten Beispiel in seinem zentralen ersten Bereich bereits
fertig ist. Durch eine Relativbewegung der Matrize 18 gegen
den Stempel 16 kann das dazwischen liegende Teil 20,
wie bekannt, umgeformt werden.
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Um
das Teil 20 in seiner Stellung auf dem Stempel 16 zu
fixieren und um zu vermeiden, dass der bereits fertige Bereich unerwünscht weiter
verformt wird, drückt
zudem ein Niederhalter 22 das Teil 20 gegen den
Stempel 16. Der Niederhalter 22 sowie der Stempel 16 sind
hierzu an ihren mit dem Teil 20 in Kontakt stehenden Oberflächen entsprechend
der bereits fertigen Form des Teils 20 in dem ersten Bereich
ausgebildet. Ebenso weisen der Stempel 16 und die Matrize 18 korrespondierende
Formflächen entsprechend
des noch umzuformenden Bereichs des Teils 20 auf, die dem
Teil 20 in bekannter Weise unter Druck seine gewünschte Form
geben.
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Beim
Schließen
der Presse bewegt sich der Pressenstößel 23 samt Werkzeugoberteil
abwärts. Der
Niederhalter 22 berührt
als erster das Teil 20, fixiert es am Stempel 16 und
stoppt somit seine Bewegung. Gleichzeitig stoppt auch das Stößelkissen 24, das
sich über
einen Bolzen 26 am Niederhalter 22 abstützt (3).
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Der
Druck am Niederhalter 22 wird vom Stößelkissen 24 ausgeübt (3),
kann aber auch von einem Federmechanismus 31 stammen (9).
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Die
Schließbewegung
des Pressenstößels 23 führt auch
die Matrize 18 abwärts,
bis sie auf dem Rand des Teils 20, der sich am Blechhalter 36 befindet,
aufliegt. Der Randbereich des Teils wird unter dem Druck eines Federmechanismus 38 zwischen Matrize 18 und
Blechhalter 36 eingeklemmt. Wie in der Praxis bekannt,
verhindert dieses Einklemmen die Faltenbildung am Teil.
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Erst
jetzt beginnt mit dem weiteren Schließen der Presse weiteres Umformen
(zweites Ziehen) des Teils 20.
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Das
Teil 20, fixiert zwischen Stempel 16 und Niederhalter 22 und
im Randbereich eingeklemmt zwischen Matrize 18 und Blechhalter 36,
wird über die
Formflächen
des Stempels 16 und der Matrize 18 gezogen (4).
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Nachdem
der Umformvorgang abgeschlossen ist (5), d. h.
dann wenn die Presse samt Pressenwerkzeug vollständig geschlossen ist, beginnt
die Aufwärtsbewegung
des Pressenstößels 23. Dabei
wird die mit ihm fest verschraubte Matrize 18 angehoben
(6).
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Eine
Komponente des Pressenwerkzeugs 10 ist der Blechhalter 36,
der den Stempel 16 umgibt. Der Blechhalter 36 dient
dazu, das Teil 20 während des
Umformprozesses abzustützen
und in Anlage mit der Matrize 18 zu klemmen. Um dies zu
ermöglichen,
ist der Blechhalter 36 derart ausgebildet, dass er sich
in Anlage mit der Matrize 18 relativ mit dieser gegenüber dem
Stempel 16 mit bewegen kann. Die Rückstelleinheit 38 in
Form einer einfachen nicht gesteuerten Gasfeder sorgt dafür, dass
der Blechhalter 36 beim Umformen nach unten nachgeben kann
und beim öffnen
des Pressenwerkzeugs 10 wieder in seine Ausgangsstellung
zurückgestellt
werden kann.
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Um
jedoch zu vermeiden, dass Probleme auftreten können, wie sie aus dem Stand
der Technik bekannt sind und eingangs beschrieben wurden, ist weiter
eine Kopplungsvorrichtung 40 vorgesehen, die sicherstellt,
dass der Niederhalter 22 und der Blechhalter 36 während des Öffnens der
Presse in vorbestimmter Relativlage zueinander gehalten werden. Auf
diese Weise kann ausgeschlossen werden, dass der Blechhalter 36 bei
seiner Rückstellbewegung
das noch von dem Niederhalter 22 in Anlage mit dem Stempel 16 gehaltene
Teil 20 nach oben biegt und wieder zurückverformt bzw. zurückbiegt.
Die erfindungsgemäße Kopplungsvorrichtung 40 umfasst hierzu
ein Kopplungsmittel 42 sowie eine Antriebseinheit, wie
sie im Detail mit Bezug auf 8 beschrieben
wird. Die Antriebseinheit treibt das Kopplungsmittel 42 derart
an, dass es sich in seine Längsachse 44 verschiebt.
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Das
Kopplungsmittel 42 weist bei der in den 2 bis 9 gezeigten
Ausführungsform
zwei miteinander koppelbare Elemente auf: ein erstes, stempelförmiges Glied,
dass nachfolgend als Gewindebolzen 42a bezeichnet wird
und das den ersten Abschnitt des Kopplungsmittels 42 aufweist,
und ein zweites, stangenartiges Glied, nachfolgend als Stütze 42b bezeichnet,
das den zweiten Abschnitt des Kopplungsmittels 42 bildet.
Alternativ wäre
eine einteilige Gestaltung des Kopplungsmittels 42 jedoch ebenfalls
denkbar.
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An
seinem ersten Abschnitt, dem Gewindebolzen 42a, weist das
Kopplungsmittel 42 an der Außenseite eine Eingriffsstruktur 46 in
Form eines selbsthemmenden Trapezgewindes auf, das in eine korrespondierende
Gewindeformation 48 an dem Blechhalter 36 eingreift.
Die Gewindeformation 48 ist in einer integrierten Mutter 52 an
dem Blechhalter 36 ausgebildet. Wird der Gewindebolzen 42a um
seine Längsachse 44 drehangetrieben,
so verlagert er sich entsprechend der Gewindeformation relativ zu
dem Blechhalter 36 entlang seiner Längsachse 44 nach oben
in Richtung zu dem Stößelkissen 24 oder
nach unten in Richtung zu dem Unterbau 12. Auf diese Weise
ist es möglich,
mit der in den Figuren nach oben weisenden Stirnfläche des
Gewindebolzens 42a die Stütze 42b zu kontaktieren
und abzustützen.
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Die
Stütze 42b weist
an ihren beiden Enden zwei ebene Stirnseiten 54 und 58 auf,
mit denen sie an der gegenüberliegenden
unteren Fläche
des Stößelkissens 24 bzw.
mit dem stempelförmigen
Glied 42a zur Anlage kommen kann und auf diese Weise die
mechanische Koppelung zwischen Stößelkissen 24 und Blechhalter 36 herstellen
kann, so dass sich das Stößelkissen 24 über die
Stütze 42b auf
dem Gewindebolzen 42a abstützt. Weiterhin ist die Stütze 42b in
dem in den Figuren gezeigten Beispiel zusätzlich innerhalb eines Abschnitts
der Matrize 18 über Führungsbuchsen 56 entlang
der Längsachse 44 geführt.
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Dadurch,
dass der Gewindebolzen 42a gewindemäßig mit dem Blechhalter 36 gekoppelt
ist, ist eine translatorische Bewegung entlang der Längsachse 44 des
Gewindebolzens 42a gegenüber dem Blechhalter 36 nur
dann möglich,
wenn der Gewindebolzen 42a eine rotatorische Bewegung vollzieht. Durch
die Verwendung eines selbsthemmenden Trapezgewindes, sind der Blechhalter 36 und
der Gewindebonzen 42a im Falle eines Nichtantriebs also
starr miteinander verbunden. Durch Anlage der Stirnfläche 58 der
Stütze 42b an
einer gegenüberliegenden Stirnfläche des
Gewindebolzens 42a und durch Anlage der Stirnfläche 54 der
Stütze 42b an
dem Stößelkissen 24 erfolgt
zudem eine starre Verbindung zwischen dem Stößelkissen 24 und den
beiden Elementen 42a und 42b der Kopplungsmittels 42,
so dass eine Bewegung des Blechhalters 36 nach oben zwangsläufig auch
eine Bewegung des Stößelkissens 24 mit
sich bringt. In der Folge lastet das Stößelkissen 24 nicht
auf dem Niederhalter 22, wenn sich der Blechhalter 36 nach
oben bewegt, sondern bewegt sich mit dem Blechhalter 36 mit.
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Der
Niederhalter 22 bewegt sich auch mit, da er über den
Bolzen 26 und unter dem Druck der Feder 34 immer
den Kontakt zum Stößelkissen 23 behält. Die
Kraft der Feder 34 muss nur das Gewicht des Niederhalters 22 überwinden.
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Unter
Bezugnahme auf die 3 bis 9 soll nun
nachfolgend das Umformverfahren näher erläutert werden. In 3 ist
gezeigt, wie der Niederhalter 22 zum Fixieren des Teils 20 von
dem Stößelkissen 24 in
Richtung zu dem Stempel 16 verlagert wird. Im Einzelnen
lastet das Stößelkissen 24 über dem
Bolzen 26 auf dem Niederhalter 22 und drückt über diesen
das Teil 20 auf den darunter liegenden Stempel 16.
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In
dem in 4 gezeigten, nächsten
Schritt senkt sich die Matrize 18 bewegt durch den Pressenstößel 23 relativ
zu dem Niederhalter 22 weiter in Richtung Stempel 16 nach
unten ab und presst auf diese Weise nach und nach das umzuformende
Teil 20 gegen den Stempel 16. Das Teil 20 ist
dabei in seinem zentralen Bereich durch den Niederhalter 22 fixiert,
so dass der zentrale, bereits vorher fertige Bereich nicht weiter
umgeformt wird. Das umzuformende Teil 20 bleibt in seinem
randnahen Bereich zwischen der Matrize 18 und dem Blechhalter 36 eingeklemmt,
wobei sich der Blechhalter 36 zusammen mit der Matrize 18 relativ
zu dem Stempel 16 weiter in Richtung Unterbau 12 des
Pressenwerkzeugs 10 unter Komprimierung der Federanordnung 38 absenkt. Die
gestrichelte Linie 20' zeigt
hierbei das Teil vor dem Umformprozess, während die durchgezogene Linie 20 das
Teil 20 bei dem aktuellen Prozessschritt zeigt.
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In 5 hat
sich die Matrize 18 zusammen mit dem Blechhalter 36 in
ihre Endstellung bewegt, in der sie das Teil 20 gegen den
Stempel 16 presst und es auf diese Weise in seine Sollform
umformt. Die Federanordnung 38 ist maximal komprimiert.
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Bei
dem in den 2 bis 5 gezeigten Beispiel
wird die Kopplungsvorrichtung 40 bereits beim Schließen des
Pressenwerkzeugs aktiviert, das heißt, die Antriebseinheit dreht
den Gewindebolzen 42a um die Längsachse 44, so dass
dieser mit der Stütze 42b in
Anlage bleibt und sich am Stößelkissen 24 abstützt. Die
Selbsthemmung des Gewindes sorgt dafür, dass keine weitere Verstellung
erfolgt.
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Der
beim Schließen
der Presse nach dem Aufliegen des Niederhalters 22 auf
dem Stempel 16 entstehende Abstand zwischen dem Stößelkissen 24 bzw.
Niederhalter 22 und dem Blechhalter 36 wird durch
die Verschiebung des Gewindebolzens 42a entlang seiner
Längsachse 44 ausgeglichen.
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Somit
bilden beim geschlossenen Pressenwerkzeug der Blechhalter 36,
die Kopplungsvorrichtung 42, das Stößelkissen 24 und der
Niederhalter 22 eine Einheit, so dass beim Öffnen dazwischen
keine Relativbewegungen stattfinden können.
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Nachdem
der Umformvorgang gemäß dem Zustand
nach 5 abgeschlossen ist, wird das Pressenwerkzeug 10 wieder
geöffnet,
d. h. die Matrize 18 wird wieder von dem Stempel 16 wegbewegt. Dies
ist in 6 gezeigt. Aufgrund der Tatsache, dass die Matrize 18 über die
Presse angehoben wird, wird der von ihr auf den Blechhalter 36 ausgeübte Druck
aufgehoben. Die von dem Stößelkissen 24 auf den
Niederhalter 22 wirkende Kraft ist bei der ersten, in 6 gezeigten
Variante der Erfindung jedoch größer, als
die von der als Druckfeder ausgebildete Rückstelleinheit 38 auf
den Blechhalter 36 einwirkende Rückstellkraft. Dadurch werden
die über
die Kopplungsvorrichtung 40 gekoppelten Komponenten Niederhalter 22,
Stößelkissen 24 und
Blechhalter 36 in ihrer während des Umformvorgangs eingenommenen
Stellung gehalten, wie in 6 gezeigt.
So kann verhindert werden, dass der auf dem Blechhalter 36 aufliegende
Randbereich des umgeformten Teils 20 unter der Wirkung
der Rückstelleinheit 38 in
unerwünschter
Weise nach oben gebogen wird, während der
Niederhalter 22 das Teil 20 noch auf den Stempel 16 drückt.
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Alternativ
kann jedoch auch, wie in 7 gezeigt ist, die Rückstellkraft
der Rückstelleinheit 38, welche
auf den Blechhalter 36 wirkt, größer sein als die Kraft des
Stößelkissens 24.
Dies hat zur Folge, dass die Rückstellkraft
der Rückstelleinheit 38 von dem
Blechhalter 36 über
die mechanische Kopplung durch das Kopplungsmittel 42 auf
das Stößelkissen 24 übertragen
wird. Dadurch, dass das Stößelkissen 24 durch
die Rückstellkraft
der Rückstelleinheit 38 von
dem Stempel 16 nach oben wegbewegt wird, werden auch die
Matrize 18 und der Niederhalter 22 über den
Bolzen 26 und die Mitnahmeeinrichtung 34 nach
oben mitgenommen. Somit findet auch bei dieser Variante keine Relativbewegung
zwischen Niederhalter 22 und Blechhalter 36 statt,
wobei das Teil 20 vom Stempel 16 abgehoben wird.
Wiederum erfolgt also keine unerwünschte Relativbewegung zwischen
Niederhalter 22 und Blechhalter 36, so dass auch
bei dieser Variante mit relativ stark ausgebildete Rückstelleinheit 38 eine
unerwünschte
Deformation des Teils 20 im Anschluss an dem Umformvorgang ausgeschlossen
werden kann.
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Der
gerade beschriebene Öffnungsvorgang kann
vereinfacht auch auf die Ausführung
des Pressenwerkzeugs in 9 umgesetzt werden. Hier stellt das
Kopplungsmittel 42 direkt den Kontakt zwischen dem Blechhalter 36 und
dem Niederhalter 22 her. Das Stößelkissen 24 wurde
durch einen Federmechanismus 31 ersetzt.
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Insgesamt
kann mit der vorliegenden Erfindung das eingangs erläuterte Problem,
dass der Blechhalter, auf dem sich weiterhin das zu verformende
Teil 20 abstützt,
dieses bei seiner Rückstellbewegung
wieder zurückbiegen
könnte,
erfindungsgemäß einfach
und kostengünstig
gelöst
werden.
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In 8 ist
nun eine Detaildarstellung der Antriebseinrichtung gezeigt. Man
erkennt den Gewindebolzen 42a mit seiner Trapezgewindeformation. Dieser
ist in der Mutter 52 aufgenommen. Der Gewindebolzen 42a weist
an seinen unteren Ende eine Profilstange 70 auf, die in
eine Lineargetriebeeinheit 72 durchsetzt. Die Lineargetriebeeinheit 72 wird
ihrerseits von einer ersten Zahnstange 74 durchsetzt. Eine
Verlagerung der ersten Zahnstange 74 entsprechend dem Pfeil
P wird in der Lineargetriebeeinheit 72 in einer Rotationsbewegung
umgewandelt die auf die Profilstange 70 und von dieser
auf dem Gewindebolzen 42a entsprechend Pfeil R übertragen
wird.
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Die
erste Zahnstange 74 ist mit einer zweiten Zahnstange 76 gekoppelt.
Diese durchsetzt eine zweite Lineargetriebeeinheit 78,
aus der sich eine Welle mit einem Zahnrad 80 erstreckt.
Das Zahnrad 80 kämmt
mit einem durchmessergrößeren Zahnrad 82,
das auf einer Welle einer dritten Lineargetriebeeinheit 84 drehfixiert
ist. Diese dritte Lineargetriebeeinheit 84 wird von einer
dritten Zahnstange 86 durchsetzt, die von einer pneumatischen
Zylindereinheit 88 entsprechend Pfeil S linear angetrieben
wird. Durch Ansteuerung der pneumatischen Zylindereinheit 88 lässt sich
so der Gewindebolzen 42a entsprechend Pfeil R drehantreiben.
In 8 gezeigte Antriebseinheit 90 sieht eine Übersetzung
vor.
