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Die
Erfindung betrifft ein Abkantwerkzeug zum Abkanten von Blechen.
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Bei
der Fertigung von Kraftfahrzeugen werden Karosseriebleche gefalzt,
was insbesondere bei der verstärkten Verwendung von Leichtbaumetallen zur
Realisierung der aus ökonomischen Gründen verfolgten
Leichtbaustrategie für Kraftfahrzeuge bis dato zu vergleichsweise
großen, unerwünschten Bauteildicken führt,
verbunden mit einem groben Fugenbild an der Karosserie-Außenhaut.
Die Bauteildicke ist darauf zurück zu führen,
dass die Bruchdehnung insbesondere von im Leichtbau verwendeten Materialien
wie Aluminiumlegierungen und anderen entsprechenden Legierungen
vergleichbarer Bruchdehnung zu größeren Falzaußenradien
und entsprechend größeren Rundungen an den Bauteilkanten führt,
als etwa bei Stahlblechen. Diese weisen eine wesentlich höhere
Bruchdehnung auf und können entsprechend mit kleinerem
Falzaußenradius gefalzt werden. Die Bereitstellung scharfkantiger
Falzverbindungen ist daher vielfach mit Materialschädigungen verbunden.
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Die
Bereitstellung scharfkantiger Falzverbindungen unter Vermeidung
von Materialschäden wird bereits in der
DE 198 40 637 B4 fokussiert.
Dort wird ein Verfahren zum Herstellen einer Falzverbindung zwischen
einem Außenblech und einem Innenblech offenbart, wobei
auch bei Verwendung von Blechen aus Aluminiumlegierungen oder Legierungen
vergleichbarer Bruchdehnung scharfkantige Falzaußenradien
ohne die Gefahr von Materialaufrauungen und Rissen erzielbar sind,
indem das Außenblech zunächst zum Erhalten eines
Steges abgekantet wird. Der Biegewinkel von etwa 90°, der
zwischen dem Steg und einem ungebogenen Abschnitt des Außenblechs
erhalten wird, kann mittels einseitigem Anlegen einer Abkantplatte
erreicht werden; dabei wird allerdings ein Innenradius zwischen
dem hergestellten Steg und dem nicht umgeformten Blechabschnitt
erhalten, der vergleichsweise groß ist und etwa dem 2,8–3,4-Fachen
der Dicke des Außenbleches entspricht, so dass die Werkstoffbeanspruchung
nicht allzu stark ist. Diese Vorgehensweise ist bei der Umkantung
um ein Innenblech möglich, allerdings ergibt sich die Dicke
des erhaltenen Bauteils wenigstens aus der doppelten Dicke des Außenblechs
und der Dicke des Innenblechs.
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Soll
noch scharfkantiger gefalzt werden und das Innenblech entfallen,
um zu weiter verringerten Bauteildicken zu kommen, so kann das scharfkantig zu
falzende Blech in einem Vorbereitungsschritt zwischen zwei Werkzeugplatten
direkt an einer Werkzeugplattenkante zunächst um 90° abgekantet
werden. Hierbei kommt es zu einer erheblichen Flächenpressung
zwischen den Werkzeugwirkflächen, an denen der im Umformprozess
befindliche Abschnitt des Blechs zu liegen kommt, und dem Blech
selbst. Diese Flächenpressung ist dann besonders hoch,
wenn sich zwischen dem Blechwerkstoff und der Werkzeugwirkfläche
konvex und/oder konkav gekrümmte Bereiche befinden, beispielsweise
in Form durch Unebenheiten oder Rauigkeiten.
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Hieraus
ergibt sich ein nachteiliger Werkzeugverschleiß, insbesondere
bei einer aktiv bewegten Werkzeugplatten, was sich negativ auf das
umzuformende Material auswirkt, da beschädigte Werkzeugplatten
zu Reißern und/oder Flitterabdrücken an umzuformenden
Bauteilen führen können, so dass die Prozesssicherheit
durch den Werkzeugverschleiß insgesamt beeinträchtigt
wird.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik ergibt sich die Aufgabe der Schaffung
eines Umformwerkzeugs für scharfkantig zu falzende Bleche,
das eine verbesserte Resistenz gegen Verschleiß durch Flächenpressung
aufweist.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Abkantwerkzeug mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst. Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen
ausgeführt.
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Ein
erfindungsgemäßes Abkantwerkzeug, das dem Abkanten
von Blechen dient, und das insbesondere geeignet ist, eine Vorfalzung
bei der Falzung scharfkantiger Blechfalze bereit zu stellen, umfasst wenigstens
eine Auflageplatte, auf die das abzukantende Blech aufgelegt wird
und eine Niederhalteplatte, die das abzukantende Blech positioniert
und während des Abkantvorgangs niederhält.
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Ferner
umfasst das Abkantwerkzeug eine Abkantplatte, die in einer orthogonalen
Richtung gegen eine Ebene des über eine Auflagefläche
der Auflageplatte überstehenden abzukantenden Blechs, das
nach Sandwich-Art zwischen der Auflageplatte und der Niederhalteplatte
anordenbar ist, verfahrbar ist. Die Abkantplatte und die Auflageplatte
stellen zwei ebenfalls orthogonal zu der Ebene des auf der Auflageplatte
liegenden Blechs verlaufende Wirkflächen bereit, zwischen
denen ein abzukantender Abschnitt des Blechs durch den Abkantvorgang
zur Anlage kommt.
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Erfindungsgemäß weist
nun wenigstens eine der beiden Platten an den Kanten mit den Wirkflächen,
also zumindest die Abkantplatte oder die Auflageplatte, vorteilhaft
jedoch alle beide, einen elastischen Einschlusskern auf. Der elastische
Einschlusskern ist innerhalb der Abkantplatte oder entsprechend
der Auflageplatte nahe der Kante positioniert, die an die Wirkfläche
der Abkantplatte, respektive der Auflageplatte angrenzt. Damit wird
vorteilhaft in dem beim Abkanten besonderem Verschleiß unterworfenem
Bereich der Abkantwerkzeuge ein Kern mit elastischen Eigenschaften
bereitgestellt, der die beim Abkanten des Blechs auf die Wirkflächen
auftretenden Flächenpressungen vorteilhaft aufnimmt, so
dass sich Rauigkeiten, die an der Werkzeugoberfläche, und
dort insbesondere an der Werkzeugwirkfläche befinden und
die quasi konkav und/oder konvex gekrümmte Bereiche an
derselben darstellen, nicht nachteilig auf die in der Umformung
begriffene Werkstoffoberfläche auswirken.
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Damit
wird vorteilhaft ein geringerer Werkzeugverschleiß, insbesondere
bei der aktiv bewegten Abkantplatte, auch als Abkantbacken bezeichnet, hervorgerufen,
was sich positiv auf die Prozesssicherheit der Bauteilherstellung
auswirkt und die Entstehung von Reißern und/oder Flitterabdrücken
verringert oder gar verhindert.
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Der
Einschlusskern kann ein aus einem Kunststoff wie insbesondere aus
einem Elastomer beschaffener Kern sein, er kann in einem separat
gefertigten Element vorliegen, das erst durch kraftschlüssige
Verbindung mit einem Werkzeugabschnitt die Abkant- oder Auflageplatte
bildet.
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Die
Form des Einschlusskerns kann einen polygonalen Querschnitt aufweisen,
wesentlich ist jedoch, dass die Kante des Einschlusskerns, die unmittelbar
an der Kante innerhalb der Abkantplatte und/oder der Auflageplatte
zu liegen kommt, die an die Wirkfläche angrenzt, eine entsprechende
Kontur wie diese aufweist, um die entsprechende Flächenpressung
auf geeignete Weise aufnehmen zu können.
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Das
erfindungsgemäße Abkantwerkzeug ist dazu geeignet,
ein Blech mit einem Biegewinkel von 90° abzukanten, so
dass dieses einen Innenradius aufweist, der vorteilhaft weniger
als doppelt so dick ist wie die Dicke des umzukantenden Blechs;
zur Bereitstellung scharfkantiger Blechfalze ist es jedenfalls vorteilhaft,
wenn der Biegeradius kleiner ist als das 2,8-fache, besser noch
kleiner ist als das 2,4-fache der Dicke des Blechs.
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Erfindungsgemäß kann
das Abkantwerkzeug in einem Großwerkzeug eingesetzt werden, dort
ist der Abkantvorgang ein Teilvorgang bei der Herstellung scharfkantiger
Blechfalze, die gewünscht sind, um geringe Blech-Bauteildicken,
insbesondere geringe LeichtmetallBauteildicken zu schaffen, die erhöhten
Qualitätsanforderungen bezüglich der Umrisstoleranzen
bei anspruchsvollen Kraftfahrzeug-Bauteildesigns, die nach Leichtbauweise
gestaltet sind, genügen.
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Diese
und weitere Vorteile werden durch die nachfolgende Beschreibung
unter Bezug auf die begleitenden Figuren dargelegt.
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Der
Bezug auf die Figuren in der Beschreibung dient der Unterstützung
der Beschreibung und dem erleichterten Verständnis des
Gegenstands. Gegenstände oder Teile von Gegenständen,
die im Wesentlichen gleich oder ähnlich sind, können
mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die Figuren sind lediglich
eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der
Erfindung.
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Dabei
zeigen:
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1 eine
schematische Seitenschnittansicht einer Abkantvorrichtung einer
Falzvorrichtung mit abkantbereitem, eingelegtem Leichtbau-Blech, gemäß dem
Stand der Technik,
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2 den
Gegenstand aus 1 bei der Ausführung
eines Abkantschritts,
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3 eine
schematische Seitenschnittansicht einer erfindungsgemäßen
Abkantvorrichtung einer Falzvorrichtung bei der Ausführung
des Abkantens eines Blechs.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung ist ein Abkantwerkzeug
zum Abkanten von Blechen, insbesondere zur Vorbereitung von scharfkantigen
Blechfalzen, also zur Ausführung eines Vorfalzschrittes.
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Um
derart scharfkantige Bleche herzustellen, wie sie gewünscht
sind, um schmale Fugenbreiten in Kraftfahrzeugkarosserien auch bei
der Verwendung von LeichtmetallWerkstoffen zu schaffen, ist es erforderlich,
dass ein Abkantvorgang ausgeführt wird, der vorteilhaft
einen Biegewinkel α von 90° an dem umzukantenden
Blech bereitstellt und dabei eine derart scharfe Biegung ermöglicht,
dass der innere Biegeradius ri, siehe 3,
möglichst gering ist. Vorteilhaft ist der innere Biegeradius
ri kleiner als es dem 2,4-fachen des umzubiegenden
Blechs 3 entspricht, wie in 3 gezeigt.
Es kann sogar wünschenswert sein, dass der innere Biegeradius
nicht mehr als doppelt so dick oder kleiner ist, als es der doppelten
Blechdicke entspricht. Ein Abkantwerkzeug, das ein derartiges Abkanten
ermöglicht, ist in den 1 bis 3 gezeigt,
wobei die 1 und 2 eine Werkzeugausführung
nach dem Stand der Technik zeigen. Das Werkzeug verfügt über
eine Auflageplatte 4, auf der das abzukantende Blech 3 aufgelegt
und durch die Niederhalteplatte 2 positioniert und festgehalten
wird, während der Abkantvorgang ausgeführt wird.
Die Auflageplatte 4 wird auch als sogenannter „Passivbacken” bezeichnet,
da das abzukantende Blech 3, das nach einer Sandwich-Anordnung
zwischen der Auflageplatte 4 und der Niederhalteplatte 2 angeordnet
ist und über die Auflageplatte 4 hinaus steht, über
eine Kante der Auflageplatte 4 abgekantet und an deren
Seitenfläche, die als Wirkfläche dient, zur Anlage
kommt. insofern wird bei einer Umformung die Auflageplatte 4 zwar
nicht aktiv bewegt, nimmt aber direkt an der Umformung teil.
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Um
die Umformung auszuführen, wird eine Abkantplatte 1 in
einer orthogonalen Richtung gegen die Ebene des über die
Auflagefläche der Auflageplatte 4 überstehenden,
abzukantenden Blechs 3 verfahren; sie wird wegen dieser
Aktivbewegung auch als Aktivbacken bezeichnet.
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Entsprechende
Antriebsmittel, um eine derartige Abkantplatte 1 zu verfahren,
sind vorliegend nicht ausgeführt, da sie dem Fachmann gut
bekannt sind. 1 zeigt die vorbeschriebene Anordnung
vor der Ausführung des Abkantvorgangs, wobei Pfeil a bereits
die Bewegungsrichtung für die Abkantplatte 1 indiziert.
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In 2 ist
zu sehen, dass die Abkantplatte 1 gegen die Ebene des überstehenden
Blechs 3 verfahren wurde und dieses an die Auflageplatte 4 anpresst.
Der hierbei auftretende Flächendruck zwischen den beiden
Wirkflächen der Abkantplatte 1 und der Auflageplatte 4 ist
durch die Schraffur angezeigt. Ein derartiger Flächendruck
wirkt sich insbesondere dann negativ sowohl auf das Werkzeug aus,
dessen Verschleiß erhöht wird, als auch auf die
Oberfläche des umzuformenden Blechs 3, wenn Rauigkeiten
an dem Blech oder an dem Werkzeug vorliegen. Ein flächenpressungsbedingter
Werkzeugverschleiß kann tribologisch einerseits über
die Reibung und andererseits über den Kontaktdruck beeinflusst
werden.
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Um
dem entgegenzuwirken, wird die in 3 gezeigte
erfindungsgemäße Vorrichtung vorgeschlagen, die
eine Abkantplatte 1 mit einem elastischen Einschlusskern 1' zeigt.
Der elastische Einschlusskern 1' kommt innerhalb der Abkantplatte 1 nahe
der Kante zu liegen, die an die Wirkfläche der Abkantplatte 1 angrenzt.
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Vorteilhaft
kann auch die Auflageplatte 4 an der entsprechenden, gegenüberliegenden
Kante durch einen Einschlusskern verstärkt sein, figurativ nicht
dargestellt.
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In
dem in 3 gezeigten Abkantwerkzeug wird die Abkantplatte 3 erhalten,
indem ein separat gefertigtes Kantenelement 1'', das den
Einschlusskern 1' aufweist, kraftschlüssig mit
einer Aussparung eines Auflageelements 3' verbunden wird.
Die Wirkfläche liegt somit an dem Kantenelement 1'' vor,
das den Anpressdruck der Flächenpressung aufnimmt. Dieser
wird durch die Nachgiebigkeit des Einschlusskerns 1' aufgenommen,
wodurch der Verschleiß des Werkzeugs verringert wird.
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Das
erfindungsgemäße Abkantwerkzeug kann vorteilhaft
Bestandteil eines Großwerkzeugs zur Bereitstellung scharfkantiger
Blechfalze sein, insbesondere solcher Blechfalze, die einen Biegeradius von
bis zu 180° aufweisen und die aus LeichtmetallWerkstoffen
gefertigt werden können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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