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Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zum Umformen von Blechplatinen mit wenigstens einer Schweißnaht nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Zur Optimierung von Gewicht und Werkstoffeigenschaften werden im Kraftwagenbau und verwandten Gebieten zunehmend sogenannte Tailored Blanks eingesetzt, also Blechplatinen, die abschnittsweise aus unterschiedlichen Materialien bestehen. Bei der Verwendung bestimmter Materialpaarungen sind zum Herstellen solcher Blechplatinen besondere Schweißverfahren notwendig. Sollen beispielsweise Bleche aus Stahl und Aluminiumlegierungen zu einer derartigen Platine verbunden werden, findet üblicherweise das Kaltmetalltransferschweißen Anwendung. Beim Kaltmetalltransferschweißen wird ein Schweißdraht mit hoher Frequenz auf die Schweißstelle zu und wieder von dieser wegbewegt, so dass sich jeweils kurzfristig ein Lichtbogen aufbaut, der sofort wieder zusammenbricht. Das Material des Schweißdrahts wird dabei tropfenweise auf die Schweißnaht übertragen. Insgesamt ergibt sich dabei ein besonders geringer Wärmeeintrag, so dass auch schwer zu schweißende Materialpaarungen, wie die oben genannte Stahl-Aluminium-Paarung, gut schweißbar werden, ohne dass das Gefüge der verwendeten Werkstoffe dabei leidet.
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Beim Kaltmetalltransferschweißen entstehen relativ starke Schweißwulste. Diese können bei späteren Bearbeitungsschritten der Blechplatine störend wirken. Ein besonderes Problem stellen diese Schweißwulste beim Umformen dieser Blechplatinen dar, da sie das flächige Einbringen von Umformkräften in die Platine erschweren. Hierdurch kommt es gerade im empfindlichen Bereich der Schweißnaht beim Umformen zu besonders hohen Belastungen, was die Umformbarkeit solcher Platinen gegebenenfalls einschränkt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Werkzeug der eingangs genannten Art bereitzustellen, welche ein verbessertes Umformen von derartigen Blechplatinen mit wenigstens einer Schweißnaht ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch ein Werkzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Ein derartiges Werkzeug zum Umformen von Blechplatinen mit wenigstens einer Schweißnaht umfasst eine Werkzeugoberhälfte und eine Werkzeugunterhälfte, welche gegeneinander beweglich angeordnet sind und zwischen welchen die umzuformende Blechplatine aufzunehmen ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zumindest eine der Werkzeughälften wenigstens eine Aussparung zum Aufnehmen der wenigstens einen Schweißnaht bei in das Werkzeug eingelegter Blechplatine aufweist. Durch die Aussparung kann sichergestellt werden, dass die Blechplatine flächig an der jeweiligen Werkzeughälfte anliegt, so dass später durch das Werkzeug ausgeübte Umformkräfte über die gesamte Fläche der Blechplatine eingeleitet werden können. Lokale Überbeanspruchungen im Bereich der Schweißnaht werden auf diese Weise vermieden, so dass auch Hybridplatinen mit hohem Umformgrad beschädigungsfrei umgeformt werden können.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weisen beide Werkzeughälften wenigstens eine Aussparung zum Aufnehmen der wenigstens einen Schweißnaht bei in das Werkzeug eingelegter Blechplatine auf. Diese Ausführungsform empfiehlt sich insbesondere bei der Bearbeitung von Blechplatinen mit beidseitig verdickten Schweißwulsten.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Breite der wenigstens einen Aussparung größer oder gleich zu einer Breite der wenigstens einen Schweißnaht der Blechplatine. Damit ist sichergestellt, dass die wenigstens eine Schweißnaht wenigstens vollständig in der zugeordneten Aussparung aufgenommen werden kann.
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Vorzugsweise ist ein Abstand zwischen jeweiligen, bei eingelegter Blechplatine dieser zugewandten Oberflächen der Werkzeughälften im geschlossenen Zustand der Werkzeughälften in einem ersten Teilbereich des Werkzeugs größer als in wenigstens einem weiteren Teilbereich. Dies ermöglicht die Verarbeitung von Blechplatinen, die lokal unterschiedliche Blechstärken aufweisen. Die Teilbereiche sind dabei üblicherweise von der Schweißnaht abgegrenzt, mittels welcher die ursprünglichen Blechabschnitte zu der Hybridplatine verbunden wurden. Durch diese Ausgestaltung des Werkzeugs ist es möglich, auch bei derartigen, lokale Dickensprünge aufweisenden Platinen eine flächige Krafteinleitung beim Umformen sicherzustellen und damit lokale Überbelastungen zu vermeiden. Da die Teilbereiche unterschiedlicher Dicke in der Regel durch Schweißnähte abgegrenzt sind, ist es zweckmäßig, die genannten Teilbereiche des Werkzeugs durch die wenigstens eine Aussparung voneinander abzugrenzen, so dass beide Aspekte der Erfindung gleichermaßen zum Tragen kommen.
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Im Folgenden wird die Erfindung und ihre Ausführungsformen anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Schnittdarstellung durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Werkzeugs; und
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2 eine schematische Schnittdarstellung durch ein alternatives Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Werkzeugs.
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Ein insgesamt mit 10 bezeichnetes Presswerkzeug zum Umformen einer Blechplatine 12 umfasst zwei Werkzeughälften 14, 16 zwischen denen die Blechplatine 12 aufgenommen wird. Durch Schließen der Werkzeughälften 14, 16 wird eine Kraft auf die Blechplatine 12 ausgeübt, so dass die gewünschte Umformung erzielt wird.
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Ist die Blechplatine 12, wie im gezeigten Beispiel, als Hybridplatine ausgebildet, die aus zwei Abschnitten 18, 20 gebildet ist, die aus jeweils unterschiedlichen Materialien bestehen und die über eine Schweißnaht 22 verbunden sind, so ergeben sich zusätzliche Probleme beim Umformen der Blechplatine 12. Insbesondere dann, wenn die Abschnitte 18, 20 aus schwer schweißbaren Materialien bestehen, wird zum Verbinden der Abschnitte 18, 20 bei der Herstellung der Blechplatine 12 oftmals das sogenannte Kaltmetalltransferschweißen eingesetzt. Die Schweißnaht 22 weist dabei einen starken Schweißwulst 24 auf, der in einem normalen Umformwerkzeug bei der Kraftbeaufschlagung der Platine 12 besonders stark beansprucht werden würde.
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Um dennoch eine flächige Einleitung der Umformkräfte in die Blechplatine 12 zu erlauben, weist in der in 1 gezeigten Version die untere Werkzeughälfte 16 eine Aussparung 26 auf, in die bei in das Werkzeug 10 eingelegter Blechplatine 12 der Schweißwulst 24 ragt. Hierdurch wird sichergestellt, dass die Seitenflächen 26 der Blechplatine flächig an den Oberflächen 28 der unteren Werkzeughälfte 16 anliegen, so dass eine homogene Krafteinleitung in die gesamte Blechplatine 12 ermöglicht wird, ohne dass der Schweißwulst 24 lokal überbeansprucht wird. Hierzu ist es zweckmäßig, die Breite d1 der Aussparung 26 größer zu wählen als die Breite d2 des Schweißwulstes 24.
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2 zeigt eine alternative Ausführungsform des Werkzeugs 10, welches sich insbesondere zur Verwendung beim Umformen von Blechplatinen 12 mit beidseitigem Schweißwulst 24 eignet. Hier ist sowohl im Werkzeugoberteil 14 als auch im Werkzeugunterteil 16 eine jeweilige Aussparung 26 vorgesehen, die die beiden Schweißwulste 24 aufnehmen kann. Auch hierdurch wird wiederum eine flächige Krafteinleitung in das Blechbauteil sichergestellt.
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Das Werkzeug 10 gemäß 2 weist eine weitere Besonderheit auf. Die mit dem Werkzeug 10 umzuformende Blechplatine 12 ist nicht nur dadurch ausgezeichnet, dass die Bereiche 18, 20 aus unterschiedlichen Materialien bestehen, die Blechplatine 12 weist darüber hinaus einen Dickensprung zwischen den Abschnitten 18, 20 auf. Um diesen Dickensprung zu kompensieren ist der dem Abschnitt 20 zugewandte Oberflächenbereich 28 des Werkzeugunterteils 16 um einen Abstand d3 gegenüber dem dem Abschnitt 18 zugewandten Oberflächenbereich 28 des Werkzeugunterteils 16 abgesenkt. Hierdurch wird wieder sichergestellt, dass die Flächen 27 des Blechbauteils 12 flächig an den Flächen 28 der Werkzeugunterhälfte 16 anliegen, so dass auch hier eine homogene Krafteinleitung gewährleistet ist.
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Will man hingegen keine Blechdickenänderung des Blechbauteils 12 vom Bereich 18 zum Bereich 20 erreichen, sondern lediglich eine Werkstoff- oder Festigkeitsänderung, so können die Abstände zwischen dem dem Abschnitt 20 zugewandten Oberflächenbereich 28 und dem dem Abschnitt 18 zugewandten Oberflächenbereich 28 des Werkzeugunterteils 16 auch gleich sein, so dass d3 gleich Null ist.
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Insgesamt ergibt sich so ein Werkzeug 10, welches besonders gut zur Umformung von Hybridblechplatinen geeignet ist und deutlich höhere Umformgrade erlaubt als aus dem Stand der Technik bekannte Umformwerkzeuge.
