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Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zum Ziehen von Blech, insbesondere zum Verformen mit kleinen Radien, vorzugsweise bei der Herstellung von KFZ-Formteilen, wobei das zu verformende Blech zwischen einer Matrize und einem Stempel – entsprechend der Kontur von Matrize und Stempel – verformt wird.
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Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Ziehen von Blech, insbesondere unter Verwendung des erfindungsgemäßen Werkzeugs.
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Werkzeuge der gattungsbildenden Art sind aus der Praxis in den unterschiedlichsten Ausprägungen bekannt. Gleiches gilt für ein entsprechendes Verfahren. Lediglich beispielhaft sei dazu auf die
DE 10 2008 025 082 B3 verwiesen.
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Grundsätzlich geht es hier um ein Werkzeug zum Ziehen von Blech insbesondere mit kleinen Radien, wobei dort das Problem auftritt, dass das Blech beim Ziehen im Radienbereich stets dünner wird. Durch Spannungsunterschiede fließt das Blech über den Stempel. Der ursprünglich ausgedünnte Bereich hinterlässt eine Markierung, die auch nach dem Lackieren, beispielsweise eines Karosserieteils, sichtbar ist. Solche Markierungen nennt man Laufkanten, die auf der Blechoberfläche erkennbar sind. Sie entstehen insbesondere dann, wenn das Blech beim Ziehen bewegt wird und das örtlich ausgedünnte Blech auf der Außenhaut zum Stehen kommt. Solche Markierungen bzw. Laufkanten gilt es zu vermeiden.
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Wie bereits zuvor erwähnt, tritt das Problem der ungewollten Laufkante insbesondere beim Ziehen mit kleinen Radien auf, beispielsweise bei der sogenannten Emblemprägung einer Motorhaube, wonach eine geprägte Vertriefung zum Einsetzen des Firmenkennzeichnens dient. Beim Tiefziehen der Emblemprägung markiert sich das Blech am kleinen Radius, wobei durch die Spannung beim Ziehvorgang die Markierung auf die sichtbare Außenhaut, außerhalb des Firmenemblems, gezogen wird. Folglich Dadurch ist die Markierung bzw. Laufkante sichtbar. Auf diese Weise entsteht jedenfalls ein unschöner Oberflächenfehler im sichtbaren Bereich.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Werkzeug und ein Verfahren zum Ziehen von Blech derart auszugestalten und weiterzubilden, dass sich insbesondere beim Verformen mit kleinen Radien Laufkanten bzw. Oberflächenfehler, die bedingt sind durch das Ziehen, im Wesentlichen vermeiden lassen.
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Die voranstehende Aufgabe ist in Bezug auf das erfindungsgemäße Werkzeug durch die Merkmale des Patentanspruch 1 gelöst. Danach ist das erfindungsgemäße Werkzeug dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel im Bereich einer aufgrund des geringen Radius kritischen Verformung einen über Druckmittel gefederten Einsatz umfasst, der vorzugsweise mittels eines Anschlags gegen den Stempel vorgespannt ist.
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In Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren ist die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale des nebengeordneten Patentanspruchs 10 gelöst. Danach ist das gattungsbildende Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel im Bereich einer aufgrund des geringen Radius kritischen Verformung einen über Druckmittel gefederten Einsatz umfasst, der vorzugsweise mittels eines Anschlags gegen den Stempel vorgespannt wird.
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Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass sich die im Stand der Technik auftretenden Laufkanten auf konstruktiv einfache Weise vermeiden lassen, nämlich unter Verwendung des erfindungsgemäßen Werkzeugs, wonach eine ganz besondere Maßnahme in Form eines gefederten Einsatzes vorgesehen ist. Dieser gefederte Einsatz bildet einen Teil des Stempels, und zwar im Bereich einer aufgrund des geringen Radius kritischen Verformung. Es handelt sich um einen elastisch gehaltenen Einsatz, nämlich um einen über Druckmittel gefederten Einsatz, der vorzugsweise mittels eines Anschlags gegen den Stempel vorgespannt ist, wenn der Ziehvorgang stattfindet.
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Der Einsatz ist in vorteilhafter Weise derart vorgespannt, dass er erst gegen Ziehende durch die Matrize bzw. durch den beim gegeneinander Fahren von Stempel und Matrize entstehenden Druck im Rahmen seiner Beweglichkeit verdrängt wird und die endgültige Verformung des Blechs stattfinden kann. Somit unterstützt der Einsatz das Blech bis kurz vor Ziehende derart, dass im kritischen Bereich keine Ziehkante entsteht.
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Die Vorspannung des elastisch gehaltenen Einsatzes kann über eine Feder oder über ein Federpaket erfolgen. In ganz besonderer vorteilhafter Weise erfolgt die Vorspannung des Einsatzes über eine oder mehrere Gasdruckfedern, die auf der der Matrize abgewandten Seite des Stempels bzw. des Einsatzes angeordnet sind.
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Für den Einsatz ist jedenfalls wesentlich, dass gegen Ziehende die Matrize den Einsatz verdrängt, wonach die Prägung erfolgt. Der Einsatz geht dabei auf Enddruck.
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Im Rahmen einer ganz besonders vorteilhaften Ausgestaltung, die sich in besonderem Maße für geringe Prägungstiefen eignet, sind der Stempel, der Einsatz und mindestens ein Blechhalter auf einer Grundplatte angeordnet. Der Einsatz ist mit seinen Druckmitteln, beispielsweise mit seinen Gasdruckfedern, auf einer gegenüber der Grundplatte abhebbaren Zwischenplatte angeordnet und ist durch einen von der Grundplatte getragenen Unterbau abgestützt. Der Unterbau dient in besonders vorteilhafter Weise als Anschlag für den Einsatz. Die Zwischenplatte kann über sich durch die Grundplatte erstreckende Unterluftbolzen von der Grundplatte abhebbar und auf diese senkbar sein, wodurch sich die grundsätzliche Bewegbarkeit einerseits des Blechhalters und andererseits der Zwischenplatte ergibt.
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Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn der Hub des Einsatzes durch einen oberen Anschlag am bzw. im Stempel begrenzt ist, so dass dazu keine weiteren Maßnahmen erforderlich sind.
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Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich unter Nutzung des erfindungsgemäßen Werkzeugs anwenden, insbesondere zur Vermeidung der Deformation des geformten Blechs. So ist es von Vorteil, wenn der Blechhalter sofort nach dem Ziehen, vorzugsweise mit dem Hochfahren der Matrize, nach oben fährt und das Blech ringsum unterstützt. Die elastischen Mittel können dabei auseinanderfahren und das Blech insbesondere bei geringer Prägung anheben. Sobald die Matrize nach oben fährt, fahren die Gasfedern auseinander. Das geprägte Teil wird angehoben. Eine solche Ausführung kommt jedoch nur dann zum Einsatz, wenn die Prägung (beispielsweise Emblemprägung) nicht tief ist und wenn der Blechhalter nach Abschluss des Ziehvorgangs sofort nach oben fährt und dabei das Ziehteil ringsum unterstützt. Lässt sich dies – warum auch immer – nicht realisieren, besteht das Risiko, dass der Einsatz das Teil nur lokal anhebt und dabei die Teilform deformiert. Dies lässt sich durch Realisierung weiterer technischer Maßnahmen unter Nutzung des erfindungsgemäßen Werkzeugs vermeiden, wobei in der Ausgangsstellung eines solchen Werkzeugs die Unterluft, die Zwischenplatte und der gefederte Einsatz sich in der untersten Stellung befinden. Die Gasdruckfedern sind dabei vollständig ausgefahren.
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Beim oder nach dem Einlegen des zu ziehenden Blechs wird die Unterluft hochgefahren. Die Zwischenplatte und der gefederte Einsatz sind dabei in der obersten Stellung. Die Gasdruckfedern sind völlig zusammengedrückt. Der Hub des gefederten Einsatzes wird durch den oberen Anschlag begrenzt.
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Zum Ziehen setzt die Matrize auf den gefederten Einsatz auf. Zu diesem Zeitpunkt sind die Gasfedern vollständig ausgefahren. Sie üben keinen Druck mehr auf den gefederten Einsatz aus. Ab diesem Zeitpunkt bewegen sich der gefederte Einsatz, die Gasdruckfedern und der Unterbau mit den Unterluftbolzen nach unten.
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Nach dem Zusammenfahren von Matrize und Stempel ist der Ziehvorgang im Wesentlichen beendet. Der gefederte Einsatz sitzt dann auf dem Unterbau (unterer Anschlag) auf. Das Blech wird mit Enddruck fertig geformt. Auch zu diesem Zeitpunkt üben die Gasdruckfedern keinen Druck auf den gefederten Einsatz aus.
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Zum Entformen fahren die Unterluftbolzen nach oben und heben dabei das gezogene Blech an. Der Blechhalter und der gefederte Einsatz werden gleichmäßig nach oben bewegt, so lange, bis der gefederte Einsatz am oberen Anschlag anliegt. Dann werden die Gasdruckfedern zusammengedrückt, bis der Zustand vor dem Einlegen des Blechs bzw. Ziehen erreicht ist. So ist sichergestellt, dass das geformte Blech bzw. die Teilform nicht deformiert wird.
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Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die den nebengeordneten Patentansprüchen nachgeordneten Patentansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigen
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1 in einer schematischen Seitenansicht, geschnitten, ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Werkzeugs in einfachster Bauart bei bereits eingelegtem Blech,
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2 in einer schematischen Seitenansicht, geschnitten, das Werkzeug aus 1 bei tiefgezogenem Blech,
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3 in einer schematischen Seitenansicht, geschnitten, ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Werkzeugs mit gegenüber dem in den 1 und 2 gezeigten Werkzeug aufwendigerem Aufbau, insbesondere für geringe Prägungstiefen, in zusammengefahrenem Zustand von Stempel und Matrize,
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4 in einer schematischen Seitenansicht, geschnitten, ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Werkzeugs mit gegenüber dem in den 1 und 2 gezeigten Werkzeug abermals aufwendigerem Aufbau, wobei die Matrize abgehoben und das zu verformende Blech noch nicht eingelegt ist,
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5 in einer schematischen Seitenansicht, geschnitten, das Ausführungsbeispiel aus 4, wobei die Matrize abgehoben und das zu verformende Blech eingelegt ist,
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6 in einer schematischen Seitenansicht, geschnitten, das Ausführungsbeispiel aus 4, wobei Stempel und Matrize zusammengefahren sind und der Blechhalter bereits wirkt,
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7 in einer schematischen Seitenansicht, geschnitten, das Ausführungsbeispiel aus 4, wobei Matrize und Stempel komplett zusammengefahren sind und das Blech bereits geformt ist und
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8 in einer schematischen Seitenansicht, geschnitten, das Ausführungsbeispiel aus 4, wobei die Matrize wieder abgehoben ist und das geformte Blech mit Hilfe des Einsatzes und des Blechhalters entformt wird.
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Die 1 und 2 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Werkzeugs, welches – schematisch dargestellt – eine Matrize 1, einen Stempel 2 und einen gefederten Einsatz 3 umfasst. Das zu verformende Blech 4 ist durch eine gestrichelte Linie schematisch angedeutet. Gleiches gilt für den Problembereich 5, in dem es Laufkanten zu vermeiden gilt. Insoweit sei zur Vermeidung von Wiederholungen auf den allgemeinen Teil der Beschreibung verwiesen.
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Wesentlich ist jedenfalls, dass in das Werkzeug ein gefederter Einsatz 3 eingebaut ist, der das zu verformende Blech 4 bis kurz vor Ziehende derart unterstützt, dass keine Laufkante entsteht. Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der gefederte Einsatz 3 in seiner oberen Stellung gezeigt.
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2 zeigt das Werkzeug aus 1, wobei die Matrize 1 und der Stempel 2 zusammengefahren sind. Gegen Ziehende verdrängt die Matrize 1 den gefederten Einsatz 3, und zwar – in diesem Falle – gegen Federkraft, wodurch die Prägung, beispielsweise eine Emblemprägung in der Motorhaube eines Kraftfahrzeugs, geformt wird. Der Einsatz 3 geht dabei in seiner unteren Endposition auf Enddruck. Entsprechend zeigt 2 den gefederten Einsatz 3 in seiner unteren Arbeitsstellung.
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Gemäß der schematischen Darstellung in 3 handelt es sich um ein Ziehwerkzeug für flache Prägungen, wobei der Stempel 2 und ein Blechhalter 6 auf einer Grundplatte 7 sitzen. Durch die Grundplatte 7 hindurch ragt mindestens ein Unterluftbolzen 8, der zur Betätigung des Blechhalters 6 dient.
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Auf der Grundplatte 7, im Bereich des Stempels 2, sind bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel als Druckmittel Gasdruckfedern 9 vorgesehen, die zwischen der Grundplatte 7 und dem Einsatz 3 wirken. Die Matrize 1 und der Stempel 2 befinden sich in der Arbeits-Endstellung. Entsprechend ist das Blech 4 bereits deformiert.
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Sobald bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel die Matrize 1 nach oben fährt, fahren die Gasdruckfedern 9 auseinander und heben das Blech 4 an. Ein solches Werkzeug lässt sich in idealer Weise verwenden, wenn die Prägung eine nur geringe Tiefe aufweist. Ebenso ist darauf zu achten, dass der Blechhalter 6 nach Abschluss des Ziehvorgangs sofort nach oben fährt und dabei das Blech 4 (Ziehteil) ringsum unterstützt. Ist dies nicht der Fall, besteht das Risiko einer Deformation des geformten Bleches 4, und zwar örtlich bzw. im Bereich einer Teilform.
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Bei dem in den 4 bis 8 gezeigten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Werkzeugs ist das voranstehend angesprochene Problem einer ungewollten Deformation des gezogenen Teils eliminiert, und zwar auf einfache konstruktive Weise.
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Gemäß der Darstellung in 4 umfasst das Werkzeug neben den Unterluftbolzen 8 für den Blechhalter 6 weitere Unterluftbolzen 10, die zum Anheben und Senken einer Zwischenplatte 11 dienen. Auf der Zwischenplatte 11 stehen die Gasdruckfedern 9, die nunmehr zwischen der Zwischenplatte 11 und dem Einsatz 3 wirken.
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Die unterste Position des Einsatzes 3 ist definiert durch einen Unterbau 12, auf dem der Einsatz 3 in der in 4 gezeigten Position sitzt. Der Stempel 2 verfügt über einen integrierten Anschlag für den Einsatz 3, der die Bewegung des Einsatzes 3 begrenzt.
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Bei dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel befinden sich die Unterluftbolzen 8, 10, die Zwischenplatte 11 und der gefederte Einsatz 3 in der untersten Stellung. Die Gasdruckfedern 9 sind vollständig ausgefahren.
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5 zeigt die gleiche Anordnung wie nach 4, jedoch mit eingelegtem Blech 4. Die Unterluftbolzen 8, 10 sind bereits hochgefahren. Die Zwischenplatte 11 und der gefederte Einsatz 3 befinden sich in der obersten Stellung, definiert durch den Anschlag 13. Die Gasdruckfedern 9 sind dabei vollständig zusammengedrückt. Der Hub des gefederten Einsatzes 3 ist durch den oberen Anschlag 13 entsprechend den voranstehenden Ausführungen begrenzt.
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Gemäß der Darstellung in 6 ist die Matrize 1 bereits insoweit heruntergefahren, dass diese auf den gefederten Einsatz 3 aufsitzt. Zu diesem Zeitpunkt sind die Gasdruckfedern 9 vollständig ausgefahren. Sie üben keinen weiteren Druck mehr auf den gefederten Einsatz 3 aus. Ab diesem Zeitpunkt bewegen sich der gefederte Einsatz 3, die Gasdruckfedern 9 und der Unterbau 12 mit den Unterluftbolzen 8, 10 nach unten, um die weitere Verformung des Blechs 4 einzuleiten.
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Gemäß der Darstellung in 7 ist der eigentliche Ziehvorgang bereits beendet. Der gefederte Einsatz 3 sitzt wieder auf dem Unterbau 12 auf, der einen unteren Anschlag bildet. Das geprägte Blech 4 wird mit Enddruck fertig geformt. Auch zu diesem Zeitpunkt üben die Gasdruckfedern 9 keinen Druck auf den gefederten Einsatz 3 aus.
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8 zeigt das Entformen des gezogenen Blechs 4, wobei die Unterluftbolzen 8, 10 nach oben fahren. Sie heben das gezogene Blech 4 (Ziehteil) an. Der Blechhalter 6 und der gefederte Einsatz 3 werden gleichmäßig nach oben bewegt, solange, bis der gefederte Einsatz 3 am oberen Anschlag 13 anliegt. Zu diesem Zeitpunkt werden die Gasfedern 9 zusammengedrückt, bis der Zustand vor dem Einlegen und der Deformation des Blechs 4 wieder erreicht ist. Durch das erfindungsgemäße Werkzeug ist jedenfalls sichergestellt, dass das geformte Blech 4, insbesondere die kritische Teilform des Blechs 4, nicht deformiert wird, auch nicht beim Ausformen des Blechs 4.
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Hinsichtlich weiterer Merkmale, die in den zuvor erörterten Figuren nicht gezeigt sind, sei zur Vermeidung von Wiederholungen auf den allgemeinen Teil der Beschreibung sowie auf die Patentansprüche verwiesen.
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Des Weiteren sei angemerkt, dass die voranstehend erörterten Ausführungsbeispiele lediglich der beispielhaften Erörterung der beanspruchten Lehre dienen, diese jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele einschränken.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Matrize
- 2
- Stempel
- 3
- gefederter Einsatz
- 4
- Blech
- 5
- Problembereich (im gezogenen Blech)
- 6
- Blechhalter
- 7
- Grundplatte
- 8
- Unterluftbolzen (für den Blechhalter)
- 9
- Gasdruckfeder
- 10
- Unterluftbolzen (für die Zwischenplatte)
- 11
- Zwischenplatte
- 12
- Unterbau
- 13
- Anschlag (oben)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008025082 B3 [0003]
