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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Tuschieren eines Werkzeuges in einer Presse.
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In vielen technischen Gebieten, insbesondere im Karosseriebau von Kraftfahrzeugen, werden Umformwerkzeuge in Umformpressen zur Formgebung von Blechbauteilen eingesetzt. Die Umformwerkzeuge, die in Pressen eingesetzt werden, weisen im Allgemeinen zwei Werkzeughälften als Ober- und Unterwerkzeug sowie einen sog. Blechhalter auf. Zur Homogenisierung der Flächenpressung innerhalb des Werkzeuges bzw. zwischen Werkzeug und Werkstück (Blechteil-Rohling) werden die Werkzeuge (Ober-, Unterwerkzeug, Blechhalter) nach ihrer Herstellung tuschiert.
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Das Tuschieren von Aktivteilen (wie z. B. dem Blechhalter und den Werkzeughälften, wie Ober- und Unterwerkzeug) in Umformwerkzeugen ist eines der wesentlichen Arbeitsinhalte in einem sog. Try-Out-Prozess, bei dem die Aktivteile derart aufeinander abgestimmt werden, dass eine konstante Flächenpressung auf ein Blech innerhalb einer Presse wirkt.
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Das Tuschieren des Ober- bzw. Unterwerkzeuges und/oder des Blechhalters eines Umform-Werkstückes, z. B. für große Blechteile für Automobile, ist ein mühsamer manueller, zeitaufwendiger Prozess, der zu erheblichen Pressenbelegungszeiten führt und dessen Erfolg in erheblichem Maße von der Erfahrung und dem handwerklichen Können des jeweiligen Werkzeugmachers, der mit dem Tuschieren des Werkzeuges vertraut ist, abhängt.
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Demzufolge ist eine derartige Bearbeitung auch nicht über Geometriedaten erfassbar bzw. nicht durch eine definierte mechanische Bearbeitung wie Fräsen oder Schleifen zu erbringen.
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Aufgrund der manuellen Bearbeitung bzw. des manuellen Tuschierens bedarf es langer Bearbeitungszeiten und einer hohen Anzahl nacheinandergeschalteter Optimierungsschleifen nach dem Trial and Error-Prinzip. In der Regel werden die Tuschierarbeiten sogar in der Presse ausgeführt, die das jeweilige Teil nach Abschluss des Tuschierens fertigen soll. Dadurch wird diese Presse für den Zeitraum der Optimierung bzw. des Tuschierens für jegliche weitere Nutzung blockiert.
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Das Tuschieren der Aktivteile erfolgt – wie bereits erwähnt – manuell, d. h. in Handarbeit mit Nutzung manueller bzw. elektrischer Handwerkzeuge wie beispielsweise Schaber, Schleifer, Schleifstein, Schleifleinen, Tuschierpaste, etc. Durch Straffung der Abläufe im Werkzeugbau, insbesondere bei der mechanischen Bearbeitung und dem Aufbau der Werkzeuge konnten in den vergangenen Jahren erhebliche Verkürzungen in der Werkzeuganfertigungszeit erreicht werden.
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Allerdings bleibt der Tuschierprozess eine zeitliche und personelle Engstelle, die die Leistung des gesamten Entwurfprozesses für blechformende Pressenwerkzeuge begrenzt.
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Das Dokument
DE 10 2008 059 856 A1 offenbart einen flächigen Hochtemperatur-Drucksensor zur Bestimmung einer Druckverteilung in der Sensorfläche zum Einsatz in einem Spritzpress-Formwerkzeug.
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Aus der
DE 10 2006 001 712 A1 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Endbearbeitung eines Umformwerkzeugs für ein Karosserie-Blechteil bekannt. Zunächst wird auf ein umzuformendes Blechteil Tuschierfarbe aufgebracht, und das Blechteil wird mittels einer Tiefziehpresse gepresst. Nach Öffnen des aus Werkzeugoberteil und Werkzeugunterteil bestehenden Umformwerkzeugs wird das Blechteil entnommen. Ein mit einer Bilderfassungseinrichtung ausgestatteter Roboterarm eines Industrieroboters erfasst elektronisch die Werkzeugflächen des Werkzeugoberteils und des Werkzeugunterteils. Eine Analyseeinheit wertet die elektronisch erfassten Werkzeugflächen aus und veranlasst durch eine Steuereinheit eine Bearbeitung der Werkzeugflächen des Werkzeugoberteils und des Werkzeugunterteils durch eine am Roboterarm angeordnete Schleifeinheit. Das Dokument
DE 199 54 164 A1 offenbart die Verwendung einer amorphen Kohlenstoffschicht mit piezoresistiven Eigenschaften zur Druckmessung in einem Werkzeug, z. B. einem Presswerkzeug.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Tuschieren eines Werkzeuges anzugeben, das eine wesentliche Objektivierung des Prozesses und eine deutliche Leistungssteigerung des Tuschiervorganges ermöglicht.
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Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Tuschieren eines Werkzeuges anzugeben, die es gestattet die Tuschierleistung zu erhöhen und bei unverändert hoher Präzision des Tuschierergebnisses die zeitlichen und personellen Unwägbarkeiten manueller Bearbeitungsvorgänge im Wesentlichen zu vermeiden.
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Die vorgenannten Aufgaben werden hinsichtlich des Verfahrens erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 sowie hinsichtlich der Vorrichtung durch die Merkmale des Anspruches 8 gelöst.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Wesentlich für die Erfindung ist die Automatisierung des Tuschiervorganges.
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Gemäß eines Aspektes der Erfindung ist es vorzugsweise vorgesehen, ein Verfahren zum Tuschieren von Werkzeugen bzw. ein Tuschierverfahren für ein Werkzeug mit nachfolgenden Schritten anzugeben:
So wird in einem Verfahrensschritt eine Flächenpressung zwischen zwei Werkzeugoberflächen oder einer Werkstück- und einer Werkzeugoberfläche als Tuschierbild mittels einer drucksensitiven Sensorschicht erfasst. Dies ist günstig, da der Werkzeugverschleiß vermindert und somit die Langlebigkeit eines Werkzeuges, insbesondere eines Umformwerkzeuges einer Presse, erhöht werden kann. Auch können somit Produkte mit hohen Genauigkeiten bzw. engen Toleranzen hinsichtlich ihrer Formabweichungen hergestellt werden, wodurch ein hoher Qualitätsstandard erreichbar ist.
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Günstigerweise handelt es sich bei dem Werkstück um eine Platine, auf deren Werkstückoberfläche die drucksensitive Sensorschicht aufgebracht werden kann. Das Werkstück bzw. die Platine weist bevorzugterweise ein Blech aus einem umformbaren Material, wie z. B. Stahl oder Aluminium, auf.
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Vorteilhaft an der drucksensitiven Sensorschicht ist, dass diese direkt mit einem Computer verbindbar ist. Auf diese Weise kann schnell und zuverlässig die Flächenpressung auf eine Platine bzw. auf eine Werkstückoberfläche oder auf eine Werkzeugoberfläche eines Werkzeuges erfasst werden.
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Bei Verwendung eines Werkstückes wird bevorzugterweise in einem sich anschließenden Schritt das Werkstück in dem Werkzeug angeordnet. Idealerweise handelt es sich bei dem Werkzeug um ein Umformwerkzeug einer Presse mit einem Ober- und Unterwerkzeug. Durch das Anordnen des Werkstückes wird dieses korrekt innerhalb der Presse positioniert, sodass der nachfolgende Schritt ausführbar ist.
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Der vorgenannte Schritt des Anordnens eines Werkstückes in dem Werkzeug kann auch entfallen, wenn die drucksensitive Sensorschicht direkt auf einer Werkzeugoberfläche aufgebracht wird. Vorzugsweise weist das Werkzeug auch hier zwei Werkzeughälften, d. h. Ober- und Unterwerkzeug auf.
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Bei Durchführung des Verfahrens in einer Presse wird in dem sich bevorzugterweise anschließenden Schritt die Presse geschlossen und wieder geöffnet. Auf diese Weise kommt das Umformwerkzeug mit der Platine oder kommen die Werkzeugoberflächen des Umformwerkzeuges in Kontakt, wodurch Messwerte in Verbindung mit der Sensorschicht zum Anzeigen der Flächenpressung als Repräsentant eines Tuschierbildes erzeugt werden.
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Eine Flächenpressung auf mindestens eine Werkzeugoberfläche oder auf die Werkstückoberfläche wird vorzugsweise durch Auswertung des Mittels erfasst. Auch kann somit ein die Flächenpressung repräsentierendes Tuschierbild erlangt werden. Ferner ist es dadurch möglich, eine Flächenpressung zwischen einer Werkzeugoberfläche und einer Werkstückoberfläche oder zwischen zwei Werkzeughälften zu erfassen.
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Demgegenüber findet beim Schließen der Presse bzw. des Werkzeuges ohne Werkstück vorzugsweise eine Berührung zwischen den Werkzeughälften des Presswerkzeuges bzw. deren Oberflächen statt. Somit kann die Sensorschicht mit beiden Werkzeughälften in Kontakt kommen. Durch Schließen und Öffnen der Presse kann die Flächenpressung der Werkzeughälften zueinander oder aufeinander direkt detektiert werden.
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Wie bereits oben erwähnt, ist es bei der vorliegenden Ausführungsform von Vorteil, wenn die Vorrichtung eine elektronische drucksensitive Sensorschicht aufweist. Mit Hilfe einer derartigen Ausgestaltung kann die Flächenpressung der Werkzeugpresse auf das Werkstück und/oder auf ein Werkzeug auf einfache Weise zuverlässig und schnell, auch während der Druckbeaufschlagung der zu tuschierenden Werkzeugoberfläche, ermittelt werden. Im Gegensatz zur Verwendung einer Tuschierpaste ist die Sensorschicht exakter in der Auswertung der erzeugten Flächenpressung innerhalb des geschlossenen Werkzeuges der Presse, insbesondere hinsichtlich des Ortes und der Intensität der Drücke. Dadurch kann im Vergleich zur Tuschierpaste neben dem Gewinn an Genauigkeit auch ein Gewinn an Zeitersparnis verzeichnet werden, da ein Anordnen eines Werkstückes in der Presse nicht notwendig ist.
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Bei Verwendung der Sensorschicht ist es von Vorteil, wenn diese aufklebbar ist. Auf diese Weise kann sie schnell und einfach auf eine Oberfläche eines Werkzeuges und/oder eines Werkstückes aufgebracht werden. Ferner ist es günstig, wenn die Sensorschicht elastisch ist. Somit kann sie sich an die jeweilige Oberfläche eines Werkzeuges und/oder eine Werkstückes optimal anpassen.
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Hinsichtlich des Zeitpunktes des Erfassens der Flächenpressung auf mindestens eine Werkzeugoberfläche des Werkzeuges der Presse und/oder auf eine Werkstückoberfläche ist es bei Verwendung der Sensorschicht von Vorteil, wenn das Erfassen der Flächenpressung auf mindestens eine Werkzeugoberfläche oder auf eine Werkstückoberfläche, insbesondere als Tuschierbild, während eines Pressvorganges erfolgt. Eben dadurch wird eine Zeitersparnis möglich, wodurch ein noch geringerer Stillstand der Produktionsanlage realisierbar ist.
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Günstigerweise wird in einem weiteren Schritt eine Abweichung eines Ist-Zustandes zumindest eines Teils der Werkzeugoberfläche und/oder eines Teils der Werkzeugoberfläche gegenüber einem Soll-Zustand, basierend auf der erfassten Flächenpressung, errechnet. Dabei ist durch Erfassen der erzeugten Messwerte bzw. der Flächenpressung durch eine Sensorschicht der Ist-Zustand ermittelbar. Der Soll-Zustand ist idealerweise in einem Rechner hinterlegt, sodass dieser durch Vergleich von Soll- und Ist-Zustand die Abweichung vom Ist-Zustand errechnen kann.
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Folglich kann die Abweichung von der Idealform (Soll-Zustand) des Werkstückes und/oder des Werkzeuges berechnet werden. Auf diese Weise ist es möglich, sowohl den Ort als auch die Stärke des Materialabtrages innerhalb des Werkzeuges bzw. auf der jeweiligen Werkzeugoberfläche so festzulegen, dass ein optimales Druckbild bzw. eine gleichmäßige, homogene Flächenpressung auf das Werkstück bzw. auf den Werkzeugoberflächen erzeugt wird. Anders ausgedrückt, wird es dadurch möglich, die Werkzeugoberfläche gemäß der errechneten Abweichung so zu bearbeiten, dass idealerweise die Abweichung bei einem nachfolgenden Pressvorgang beseitigt ist bzw. der Ist-Zustand dem Soll-Zustand entspricht.
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Vorzugsweise umfasst das Verfahren den Schritt des Steuerns einer Bearbeitungsvorrichtung in Abhängigkeit der die Flächenpressung repräsentierenden Daten für ein abtragendes Bearbeiten zumindest einer Werkzeugoberfläche zur Vergleichmäßigung der Flächenpressung der Werkstückoberfläche. Auf diese Weise kann die Werkzeugoberfläche auf die herrschenden Druckverhältnisse in Abhängigkeit ihrer Form so angepasst werden, dass nach Bearbeitung einer Werkzeugoberfläche eine gleichmäßige bzw. konstante Flächenpressung auf das Werkstück und auf das Werkzeug bzw. deren Oberflächen wirkt. Somit kann der Verschleiß minimiert und Formtoleranzen des Werkzeuges enger gestaltet werden.
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Von Vorteil ist es, wenn ein Verfahrensschritt ein Überführen der errechneten Abweichung in eine Steuerung einer Bearbeitungsvorrichtung zur Bearbeitung des Werkzeuges aufweist. Auf diese Weise können der ermittelte Ort und die abzutragende Materialstärke direkt an die Bearbeitungsvorrichtung, beispielsweise eine Fräse, Schleifmaschine und/oder eine Poliermaschine, geleitet werden. Diese kann im Anschluss daran das Werkzeug, insbesondere die jeweilige Werkzeughälfte, also Ober- und/oder Unterwerkzeug bzw. deren Oberflächen, bearbeiten. Ferner ist es vorteilhaft, wenn der Schritt des Steuerns für ein abtragendes Bearbeiten den Schritt des Überführens umfasst.
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Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn das Werkzeug durch eine Bearbeitungsvorrichtung bearbeitet wird. Dies gewährleistet ein hohes Maß an Präzision. Auch ist es vorteilhaft, wenn der Schritt des Bearbeitens des Werkzeuges von dem Schritt des Steuerns für ein abtragendes Bearbeiten umfasst wird.
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Zur Qualitätskontrolle des damit abgeschlossenen Verfahrens ist es möglich, erneut das Verfahren, wie vorgestellt, durchzuführen, so dass in Iteration weitere Verbesserungen durchführbar sind.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum automatisierten Tuschieren eines Werkzeuges hat ferner den Vorteil, dass die vorgestellten Verfahrensschritte schnell und zuverlässig innerhalb eines geringen Zeitrahmens durchführbar sind, wobei der Zeitrahmen deutlich unterhalb des manuellen Tuschierens liegt. Ferner werden das Werkzeug bzw. die Werkzeughälften durch eine homogene Flächenpressung mechanisch gesehen keinen Spannungsspitzen ausgesetzt, wodurch sich deren Verschleiß auf ein Minimum reduziert.
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Aufgrund der Tatsache, dass bereits aufgrund der Herstellung der Werkzeuge mittels computergesteuerten Werkzeugmaschinen die Abweichungen in der Flächenpressung gering ausfallen, ist es von Vorteil, wenn das Bearbeiten eines Werkzeuges durch eine Bearbeitungsvorrichtung bzw. durch eine spezielle Maschine, insbesondere durch eine CAM-Schleif- und/oder CAM-Poliermaschine, erfolgt. Mittels dieser Maschinen können geringe Materialabträge auf einfache Weise erstellt werden, wobei gleichzeitig eine hohe Oberflächengüte der gesamten Werkzeughälfte des Werkzeuges erhalten bleibt.
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Besonders bevorzugt ist es, wenn das Bearbeiten des Werkzeuges durch eine Lasereinrichtung erfolgt, die Oberflächenbereiche verdampfen kann. Mit Hilfe dieser Lasereinrichtung kann gegenüber der CAM-Schleif- und/oder CAM-Poliermaschine eine noch höhere Oberflächengüte erreicht werden bei gleichzeitig noch höherer Genauigkeit des Abtrages, da ein Laser zwar stets vor Gebrauch geeicht werden sollte, jedoch nicht wie ein Fräswerkzeug, ein Polierwerkzeug und/oder ein Schleifwerkzeug während des Gebrauchs verschleißt.
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Bei einem zweiten Aspekt der Erfindung ist es günstig, wenn das oben vorgestellte Verfahren von einer Vorrichtung durchgeführt wird, die in der Presse positionierbar ist. Auf diese Weise kann das Werkzeug bzw. dessen Oberfläche innerhalb der Presse bearbeitet werden, so dass die Matrize und/oder der Stempel bzw. Unter- und Oberwerkzeug nicht aus der Presse ausgebaut werden müssen. Durch Vermeidung des aufwändigen Ein- und Ausbauens der Werkzeuge in und aus der Presse kann somit weitere Zeit eingespart werden.
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Vorzugsweise weist das zu bearbeitende Werkzeug mindestens ein vordefiniertes Koordinatensystem auf, bezüglich dessen ein gezielter Materialabtrag des Werkzeuges durchgeführt wird. Auf diese Weise sind die Geometriedaten des Werkzeuges bezüglich dieses Koordinatensystems bekannt und können durch Tuschieren verändert werden. Ferner ist dadurch eine exakte computergesteuerte Nachbearbeitung durch beispielsweise eine Lasereinrichtung realisierbar.
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Bevorzugterweise weist die Vorrichtung ein justierbares Koordinatensystem auf, bezüglich dessen ein gezielter Materialabtrag eines Werkzeuges, insbesondere des Stempels und/oder der Matrize bzw. des Unter- und/oder Oberwerkzeuges, durchführbar ist.
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Durch Justieren des Koordinatensystems der Vorrichtung auf das vordefinierte Koordinatensystem der Werkzeughälfte bzw. des Werkzeuges ist die Vorrichtung in der Lage ein genaues Tuschieren durchzuführen und somit die gewünschten Veränderungen mit hoher Präzision vorzunehmen.
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Mit Hilfe des vordefinierten Koordinatensystems auf einer Werkzeughälfte ist es also möglich, eine exakte Bearbeitung bzw. ein exaktes Tuschieren dieser Werkzeughälfte zu gewährleisten, da günstigerweise bezüglich dieses Koordinatensystems eine in der Werkzeughälfte erstellte Form mit ihren genauen Maßen bereits aus deren Fertigung bekannt ist.
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Ferner ist es von Vorteil, wenn das Werkstück ebenfalls ein vordefiniertes Koordinatensystem aufweist. Somit kann die Flächenpressung auf das Werkstück bezüglich dieses Koordinatensystems erfasst werden.
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In der Folge ist es mithilfe der Koordinatensysteme möglich, die erfasste Flächenpressung auf das Werkstück in das Koordinatensystem des Werkzeuges umzurechnen, sodass ein exaktes Tuschieren in der Vorrichtung möglich ist. Anders ausgedrückt ist es mit Hilfe des Koordinatensystems des Werkstückes möglich, einen Druck auf eine Oberfläche hinsichtlich des Ortes und der Intensität eindeutig auf die Werkzeugoberfläche zu übertragen. Dazu ist es lediglich notwendig, das Koordinatensystem des Werkstückes auf das Koordinatensystem des Werkzeuges zu justieren. Somit ist die Flächenpressung auf das Werkstück einem Ort auf der Oberfläche des Werkzeuges zuordenbar.
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Günstigerweise kann auf ein Koordinatensystem für die Sensorschicht verzichtet werden, um die Flächenpressung zu erfassen bzw. um zu messen. Dies ist möglich, da die Sensorschicht direkt auf einem Werkzeug angeordnet ist, wodurch die erfasste Flächenpressung gleich im Koordinatensystem des jeweiligen Werkzeuges detektiert wird.
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Somit ist es möglich, die Orte auf der Oberfläche eines Werkzeuges mit erhöhter Flächenpressung genauer zu identifizieren und durch z. B. Abschleifen oder Lasern zu bearbeiten.
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Mit anderen Worten ausgedrückt, zielt die Erfindung darauf ab, ein digitales Tuschierbild zu erstellen. Beim konventionellen Tuschieren wird eine Platine mittels einer Rolle oder eines Pinsels die sogenannte Tuschierpaste möglichst gleichmäßig und dünn aufgebracht. Bereits hier ist eine erste Fehlerquelle zu sehen, denn es ist schwierig, Tuschierpaste auf einer Oberfläche gleichmäßig aufzubringen.
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Die Platine wird dann in das zu tuschierende Werkzeug eingelegt und mit der Presse ein Arbeitshub durchgeführt. Am dann umgeformten Bauteil kann eine lokale Flächenpressung mittels der Sensorschicht erkannt werden. Erhabene Stellen werden manuell in Handarbeit abgeschliffen. Dieser Prozess wird dann so lange wiederholt, bis eine möglichst gleichmäßige Flächenpressung detektiert wird. Bei großen Karosseriewerkzeugen (z. B. Seitenteile) kann dieser Prozess einige Tage in Anspruch nehmen und ist im Ergebnis immer vom handwerklichen Geschick des Werkzeugmachers abhängig.
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Die Erstellung eines digitalen Tuschierbildes kann im Wesentlichen auf direktem und indirektem Wege erfolgen.
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Beim indirekten Weg wird das Druckbild auf konventionellem Wege erstellt, jedoch dann optisch mit einem Bildverarbeitungssystem ausgewertet und die dabei erhaltenen Daten direkt in eine CAD-Umgebung überführt. Auf deren Basis kann dann die Bearbeitung mittels einer mechanischen Einrichtung erfolgen. Die Überführung der Bilddaten in eine CAD-fähige Topografie beruht dabei auf der unterschiedlichen Schattierung der Bauteiloberfläche durch die Tuschierpaste und nicht auf der direkten Messung der Topografie der zu tuschierenden Fläche. Dabei kann im einfachsten Fall konventionelle Tuschierpaste zum Einsatz kommen, welche aus einer gefärbten Fettschicht besteht. Es ist aber auch vorstellbar, dass eine kontraststärkere Tuschierpaste notwendig ist, die für die Auswertung mit einem Kamerasystem besser geeignet ist.
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Der erfindungsgemäße direkte Weg zur Erstellung eines digitalen Tuschierbildes basiert auf der Verwendung von Platinen, die mit einer speziell drucksensitiven Sensorschicht (bzw. aufgeklebter Sensorfolie) ausgestattet sind und die Flächenpressung in Abhängigkeit des Ziehweges in Echtzeit auf einen Messrechner überträgt.
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Über die Signalauswertung der lokalen Flächenpressungen kann dann die Topographie der zu tuschierenden Werkzeughälften erstellt werden, welche über CAD-Daten einer mechanischen Bearbeitungseinheit zugeführt werden kann.
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Eine weitere Herausforderung beim herkömmlichen Tuschieren stellt neben dem Auswerten des Tuschierbildes der manuelle Materialabtrag dar. Dabei werden unter Zuhilfenahme von elektrischen Handwerkzeugen (Handschleifer) geringe Materialmengen von der zu tuschierenden Oberfläche abgetragen, teilweise im Bereich vom 0,01 mm. Ausgehend vom digitalen Tuschierbild kann dieser Bearbeitung zukünftig von geeigneten Maschinen und damit geometrisch definiert erfolgen.
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Eine erste Variante dazu ist der Einsatz einer CAM-Schleif- und/oder Poliermaschine, die lokal den erforderlichen Materialabtrag mechanisch realisiert. Eine weitere Möglichkeit stellt der Einsatz eines Lasers dar, der geringste Oberflächen-Bereich verdampft und damit dem erforderlichen Materialabtrag berührungslos realisiert. Eine Besonderheit ist dabei die Nutzung bzw. Entwicklung einer Einrichtung (Laser- oder Schleif- und/oder Poliermaschine) zum gezielten Materialabtrag in einer Try-Out-Presse, also einer mobilen Maschine, die sich an einem vordefinierten, in zu tuschierenden Presswerkzeug angelegten Koordinatensystem orientiert.
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Damit kann der Aufwand zum Ein- und Ausbau des Presswerkzeuges und der Transport zu einer stationären Maschine vermieden werden.
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Unter dem Tuschieren von Werkzeugen wird vorzugsweise verstanden, dass Werkzeuge, insbesondere Umformwerkzeuge von Pressen wie z. B. Stempel und/oder Matrize, Ober- und/oder Unterwerkzeug und/oder Blechhalter, wie beispielsweise Niederhalter, angepasst werden, um ein optimales Ergebnis für einen Umformprozess zu erhalten.
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So ist es beispielsweise für den Blechhalter vorteilhaft, wenn dieser federnd (z. B. durch ein Ziehkissen der Presse) gelagert ist und die Platine gegenüber einer Matrize bzw. einer Werkzeughälfte einspannt ist, bevor ein Ziehstempel in Kontakt mit dem Werkstück (Blech) kommt. Das Tuschieren des Blechhalters ist deswegen von Vorteil, da somit der Ziehfluss im Werkzeug gesteuert werden kann (Geschwindigkeit und Weg des Blech- bzw. Platineneinlaufs).
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Bevorzugterweise wird unter Verwendung einer Platine (Werkstück/Blech) tuschiert, da günstigerweise im Werkzeug zwischen den beiden Aktivteilflächen (z. B. Werkzeugenhälften) ein sog. Offset vorgehalten wird, der der Blechdicke der Platine entspricht. Somit kann bei Verwendung eines Offsets erst mit der Platine ein Tuschierbild erzeugt werden.
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Die exakte Einstellung eines Offsets (= Blechdicke) ist günstigerweise für ein Tuschieren nicht relevant, da beim Umformen das Blech lokal ausgedünnt bzw. aufgedickt wird und sich somit lokal auch der Kontakt bzw. die Flächenpressung ändert. Eben diese unterschiedliche Flächenpressung kann durch Tuschieren, insbesondere durch ein automatisches Tuschieren, beseitigt werden.
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Die vorbeschriebenen Merkmale, die alle in der Ausbildung einer Vorrichtung und eines Verfahrens zum Tuschieren von Werkzeugen einer Presse dienen, sind frei miteinander kombinierbar.
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So werden idealerweise die vorgenannten Schritte, des Anordnens einer drucksensitiven Sensorschicht, des Schließens und Öffnens der Presse, des Erfassens der Flächenpressung und des Errechnens einer Abweichung eines Ist-Zustandes von dem Schritt des Erfassens einer Flächenpressung zwischen zwei Werkzeugoberflächen oder einer Werkstück- und einer Werkzeugoberfläche, insbesondere als Tuschierbild. umfasst.
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Auch werden günstigerweise die Schritte des Überführens der errechneten Abweichung in eine Steuerung einer Bearbeitungsvorrichtung zur Bearbeitung des Werkzeuges und des Bearbeitens durch eine Bearbeitungsvorrichtung von dem Schritt des Steuerns einer Bearbeitungsvorrichtung umfasst.
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Selbstverständlich sind aber auch Kombinationen der einzelnen Schritte miteinander möglich.
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Auch sind Kombinationen der Vorrichtung mit den Verfahrensschritten denkbar. So kann eine Vorrichtung, die in der Presse positionierbar ist, z. B. eine Lasereinrichtung und/oder eine CAM-Schleif-, und/oder eine CAM-Poliermaschine aufweisen.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit dazugehörigen Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen, schematisch:
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1a bis 1g ein nicht zur Erfindung gehörendes erstes Verfahren zum automatisierten Tuschieren eines Werkzeuges einer Presse mit mehreren Schritten,
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2 eine Schnittansicht der geschlossenen Presse aus 1c,
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3 ein homogenes Druckbild eines Kotflügels nach Abschluss des Verfahrens aus 1a bis 1g,
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4a eine erfindungsgemäße Ausführung des Schrittes, dargestellt in 1a, aus dem Verfahrensablauf des ersten Ausführungsbeispieles,
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4b eine erfindungsgemäße Ausführung des Schrittes 1d, dargestellt in 1d des Ausführungsbeispiels, und
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5 ein Flussdiagramm mit zwei weiteren Ausführungsbeispielen, die den Verfahrensschritt aus 1b einsparen.
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Die 1a bis 1g zeigen ein Verfahren zum automatisierten Tuschieren eines Werkzeuges einer Presse mit mehreren Schritten. Das Verfahren dient dazu, ein neues Werkzeug einer Presse so einzustellen, dass die Flächenpressung auf ein Blech im geschlossenen Zustand der Presse über die Fläche des Bleches gesehen konstant ist.
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Den ersten Verfahrensschritt zeigt 1a. Bei diesem wird eine Tuschierpaste 1 zum Anzeigen einer Flächenpressung auf einer Platine, bzw. auf einem Blech 2 mittels einer Rolle 3 in einer gleichmäßigen Dicke aufgetragen. Die Bewegungsrichtung der Rolle 3 ist mit einem Pfeil angedeutet.
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Den nachfolgenden Verfahrensschritt zeigt 1b, in welcher eine Presse 4, nämlich ein Umformwerkzeug mit zwei Werkzeughälften 4a und 4b in einem geöffneten Zustand dargestellt ist. Die Werkzeughälften 4a, 4b weisen eine definiert geformte Oberfläche auf, wobei nur die Oberfläche 4c der Werkzeughälfte 4a sichtbar ist. Beide Werkzeughälften 4a, 4b ergeben zusammen eine Kotflügelform, die auf das Blech 2, das zwischen die Werkzeughälften eingebracht wird, übertragen werden soll.
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Anstelle des Auftragens der Tuschierpaste auf das Blech 2 ist es auch möglich, die Paste 1 auf die untere Werkzeughälfte 4a oder auf die obere Werkzeughälfte 4b oder auf beide Werkzeughälften bzw. deren Oberflächen aufzutragen. Ebenso ist es möglich, die Tuschierpaste auf beiden Seiten des Blechs 2 aus dem Verfahrensschritt von 1a aufzutragen.
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Nach dem Anordnen des Blechs 2 mit der Tuschierpaste 1 in der Presse 4 wird im nachfolgenden Verfahrensschritt, dargestellt in 1c, ein Arbeitshub der Presse 4 durchgeführt, d. h. die Presse 4 wird geschlossen und anschließend wieder geöffnet (angedeutet durch Pfeile neben den Werkzeughälften 4a, 4b).
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Durch das Schließen der Presse 4 wird die Form der Werkzeughälften 4a, 4b auf das Blech 2 übertragen bzw. das Blech 2 umgeformt.
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Nach dem Öffnen der Presse 4 ist durch den Pressvorgang und mittels der Tuschierpaste 1 ein sog. Druckbild, auch Tuschierbild, erzeugt worden. Dieses Druckbild ist ein Indikator für die Flächenpressung während des Pressens bzw. lässt dieses einen Rückschluss zu, ob die Flächenpressung über die Fläche des Blechs gesehen konstant bzw. homogen ist. Ein homogenes Druckbild gilt als wichtiger Qualitätsindikator.
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2 zeigt einen Schnitt A-A, der durch die Presse 4 der 1c im geschlossenen Zustand verläuft. Der Schnitt zeigt die obere und untere Werkzeughälfte 4a, 4b, wobei zwischen den Werkzeughälften 4a, 4b das Blech 2 zusammen mit der Tuschierpaste 1 angeordnet ist. Das Blech 2 und die Tuschierpaste 1 sind idealisiert dargestellt, d. h. in einem unverformten Zustand. Die untere Werkzeughälfte 4a weist eine kontinuierlich verlaufende leicht gewölbte Oberfläche ohne Berge und Täler auf. Hingegen ist die Oberfläche der oberen Werkzeughälfte 4b mit Bergen 11 und Tälern 12 versehen.
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Der in 2 dargestellte Schnitt A-A bzw. die darin dargestellte Werkzeughälfte 4b veranschaulicht durch ihren Oberflächenverlauf, an welchen Stellen eine erhöhte bzw. keine Flächenpressung auf des Blech 2 und die Tuschierpaste 1 wirkt. So ist es offensichtlich, dass in den Tälern 12 eine geringe oder keine Flächenpressung vorliegt, hingegen an den Orten mit Bergen 11 die Flächenpressung erhöht ist.
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Der in 2 dargestellte Verlauf der Oberfläche der Werkzeughälfte 4b führt zwangsläufig zu einem inhomogenen Druckbild.
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1d zeigt ein solches Druckbild sowie den nächsten Verfahrensschritt, in dem das Druckbild bzw. die Flächenpressung 5 auf dem Blech 2 erfasst wird. Im vorliegenden Beispiel wird die Flächenpressung 5 durch eine Kamera 6, die oberhalb des umgeformten Bleches 2 positioniert ist, erfasst. Dabei sind Bereiche in 1d, an denen die Tuschierpaste 1 vollkommen verdrängt wurde, als weiße Flecken 7 dargestellt. Hingegen sind Bereiche 8, zu denen die Tuschierpaste aus den weißen Bereich 7 verdrängt wurde, schraffiert dargestellt. Folglich herrscht an den hellen Bereichen 7 eine hohe Flächenpressung 5, wohingegen an den schraffierten Flächen 8, die Tuschierpaste 1 aufweisen, eine geringe bzw. keine Flächenpressung vorliegt. Im Ergebnis ist die Flächenpressung 5 über die Fläche des Blechs 2, das zu einem Kotflügel 9 umgeformt wurde, nicht gleichmäßig bzw. nicht konstant bzw. inhomogen.
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Die Kamera 6 ist über ein Kabel 6a mit einem Computer 10 (nicht dargestellt) verbunden. Auf diese Weise können die erfassten Daten bzw. Bilder der Flächenpressung 5 eines Ist-Zustandes des Kotflügels 9 an den Computer weitergeleitet werden.
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Somit ist die exakte Position und Form jedes Bereichs 7 mit erhöhter Flächenpressung und jedes Bereichs 8 mit geringer Flächenpressung bekannt. Auch ist anhand der aufgenommenen Bilder ein Maß an verdrängter Tuschierpaste 1 für die jeweiligen Bereiche detektierbar, wodurch ein Materialabtrag für die jeweilige Position errechenbar ist.
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Die Verdrängung der Tuschierpaste 1 für den jeweiligen Bereich 7, 8 ist proportional zu dem abzutragenden Material an der jeweiligen Position, d. h. je weniger Tuschierpaste 1 an einer Position vorliegt, desto größer ist an der dementsprechenden Werkzeughälfte der Materialabtrag.
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Mit Hilfe der vorgenannten Daten bzw. mit Hilfe des von der Kamera 6 aufgenommenen Bildes, ist der Computer in der Lage, basierend auf der erfassten Flächenpressung 5, die Abweichung des Blechs 2 von einem Ist-Zustand gegenüber einem Soll-Zustand zu errechnen. Hierbei wird der Ist-Zustand durch das von der Kamera 6 aufgenommene Bild repräsentiert, und der Soll-Zustand, bei dem es sich um einen Datenbestand handelt, der die Idealform des zu fertigenden Teiles angibt, ist im Computer 10 hinterlegt.
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Den Verfahrensschritt des Errechnens ist schematisch in 1e dargestellt. Durch den Vergleich von Ist-Zustand 13 und Soll-Zustand 14 ist der Computer 10 in der Lage, die exakte Form, den Ort und die Stärke des Materialabtrags innerhalb eines Werkzeuges bzw. auf einer Werkzeugoberfläche zu berechnen. Mit Hilfe dieser Berechnung ist der Computer 10 ferner in der Lage, nach dem Überführen der errechneten Abweichung in eine Bearbeitungsvorrichtung 15, beispielsweise eine Fräse, zur Bearbeitung des Werkzeuges, die Werkzeughälfte bzw. das Werkzeug 4a, 4b entsprechend den errechneten Daten so zu bearbeiten, dass idealerweise bei einem erneuten Durchführen des Verfahrens ein homogenes Druckbild entsteht.
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Der Schritt des Überführens sowie der nachfolgende Schritt des Bearbeitens des Werkzeuges, insbesondere der Werkzeughälften 4a, 4b (Stempel/Matrize) ist in den 1f und 1g dargestellt.
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1f zeigt den aus den aus 1e bekannten Computer 10, der nach dem Errechnen der Abweichung von Ist- zu Soll-Zustand des Blechs 2 die gewonnenen Daten in eine Bearbeitungsvorrichtung 15 zur Bearbeitung der Werkzeughälfte 4a bzw. des Werkzeuges 4a überführt. Hierfür ist der Computer 10 mit der Bearbeitungsvorrichtung 15 über eine Datenleitung 16 verbunden.
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Selbstverständlich kann der Schritt des Überführens der errechneten Abweichung in die Bearbeitungsvorrichtung 15 zur Bearbeitung des Werkzeuges 4a bzw. 4b auch darin bestehen, dass das Überführen in ein- und demselben Computer 10 stattfindet, der bereits die Abweichungen von Ist- zu Soll-Zustand des Blechs 2 errechnet hat. In diesem Fall dient der Computer 10 auch dazu, die Bearbeitungsvorrichtung 15 zu steuern. Auf diese Weise ist es nicht notwendig, dass die Bearbeitungsvorrichtung 15 eine separate Steuerung (Computer für eine CNC-Maschine) aufweist.
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Ferner zeigt 1f, dass die Werkzeughälfte 4a auf der Bearbeitungsvorrichtung 15, einer Fräse, angeordnet ist und mit einem Bearbeitungswerkzeug 17, einem Fräswerkzeug, sogleich bearbeitet wird. Für diesen Schritt ist es notwendig, die Werkzeughälfte 4a bzw. 4b aus der Presse 4 auszubauen und auf der Bearbeitungsvorrichtung 15 zu positionieren.
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Um Orte auf der Oberfläche eines Werkzeuges mit erhöhter Flächenpressung genau zu identifizieren kann die Werkzeughälfte 4a ein vordefiniertes Koordinatensystem aufweisen (nicht dargestellt). Somit wird ein gezielter Materialabtrag des Werkzeuges durchführbar. Vorteilhafterweise weist auch die Bearbeitungsvorrichtung 15 ein Koordinatensystem auf (ebenfalls nicht dargestellt), das justierbar ist.
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Durch Justieren des Koordinatensystems der Bearbeitungsvorrichtung 15 auf das Koordinatensystem der Werkzeughälfte 4a bzw. des Werkzeuges 4a ist die Bearbeitungsvorrichtung 15 in der Lage ein genaues Tuschieren durchzuführen und somit Veränderungen hoher Präzision vorzunehmen, da die Geometriedaten des Werkzeuges bezüglich dieses Koordinatensystems aus dessen Fertigung bekannt sind.
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Ferner ist es von Vorteil, wenn das Blech 2 ebenfalls ein Koordinatensystem aufweist. Somit kann die Flächenpressung auf das Blech 2 bezüglich dieses Koordinatensystems durch beispielsweise die Kamera 6 erfasst werden.
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In der Folge ist es mithilfe der Koordinatensysteme möglich, die erfasste Flächenpressung auf das Blech 2 in das Koordinatensystem des Werkzeuges 4a umzurechnen. Anders ausgedrückt ist es mit Hilfe des Koordinatensystems des Werkstückes 4a möglich, einen Druck auf eine Oberfläche hinsichtlich des Ortes und der Intensität mit hoher Präzision auf die Werkzeugoberfläche 4a zu übertragen. Dazu muss lediglich das Koordinatensystem des Bleches 2 auf das Koordinatensystem des Werkzeuges 4a justiert werden. Somit ist die Flächenpressung auf das Blech einem Ort auf der Oberfläche 4c des Werkzeuges 4a zuordenbar.
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Der vorgenannte Schritt des Ausbauens und Positionierens erfordert zusätzlich Zeit und Montagearbeiten, um die Tuschierarbeiten möglichst genau durchzuführen. Daher ist es alternativ auch vorstellbar, dass eine mobile Vorrichtung, beispielsweise ein Laser zum Abtragen von Metall, zum Einsatz kommt. Diese Vorrichtung ist zudem innerhalb der Presse 4 anordenbar. Auf diese Weise ist es möglich, den Schritt des Ausbauens der jeweiligen Werkzeughälfte einzusparen. Somit können Kosten reduziert sowie Stillstandzeit der Presse vermindert werden.
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In 1g ist der Verfahrensschritt des Bearbeitens des Werkzeuges bzw. der Werkzeughälfte 4a, 4b dargestellt. Die Figur ist im Wesentlichen identisch zu der Figur aus 1f, jedoch bearbeitet das Fräswerkzeug 17 die Werkzeughälfte 4a entsprechend der überführten und errechneten Abweichung aus den Schritten e und f bzw. aus den 1e und 1f.
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Das oben vorgestellte Verfahren aus den 1a bis 1g wird so lange durchgeführt, bis sich im Schritt aus 1e, dem Errechnen der Abweichungen von Ist- zu Soll-Zustand des Blechs 2, eine gleichmäßige Flächenpressung, dargestellt in 3, einstellt. Hierbei zeigt 3 den Kotflügel 9 aus 1d, jedoch mit dem Unterschied, dass es keine Bereiche 7 mit erhöhter Flächenpressung und keine Bereiche 8 mit geringer Flächenpressung gibt bzw. existieren. So herrscht an jeder Position auf dem Kotflügel 9 eine homogene Flächenpressung 5. Dies wird in 3 durch die Punktierung der Kotflügelfläche dargestellt.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung werden in einem zweiten Ausführungsbeispiel, nachfolgende Schritte abgeändert, wobei die übrigen Verfahrensschritte und die optionalen Merkmale wie die vorgestellten Koordinatensysteme, die nicht erwähnt werden, keine Änderung erfahren bzw. auch hier angewendet werden können.
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So wird anstelle des ersten Schrittes, dargestellt in 1a, eine Sensorschicht 18, wie in 4a gezeigt, auf das Blech 2 aufgebracht. Dies geschieht ebenfalls mit einer Rolle 3, die sicherstellt, dass die Sensorschicht 18 gleichmäßig auf dem Blech 2 anliegt. Damit die Sensorschicht 18 mit dem Blech 2 in Kontakt bleibt, ist es günstig, wenn zwischen beiden zusätzlich ein Adhäsionsmittel bzw. eine dünne Klebschicht (nicht dargestellt) angeordnet ist. Diese Klebschicht kann zuvor auf die Sensorschicht 18 oder das Blech 2 aufgetragen werden. Die Eigenschaften der Klebschicht sind so ausgestaltet, dass diese zum einen die Sensorschicht 18 fest in Position hält, insbesondere während eines Arbeitshubes der Presse 4. Ferner ist sie leicht von dem Blech 2 entfernbar.
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Anschließend wird, wie in 1c dargestellt, die Presse 4 geschlossen und wieder geöffnet, d. h. es wird ein Arbeitshub durchgeführt. Im Gegensatz zu den in den 1a bis 1g dargestellten Verfahrensschritten, wird die Flächenpressung 5 auf das Blech 2 während des Schließens bzw. im maximal geschlossenen Zustand der Presse 4 detektiert. Diese Flächenpressung wird mittels eines Kabels 19, das die Sensorschicht 18 mit einem Computer 10 verbindet, an den Computer weitergeleitet (4b).
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Auf diese Weise ist es möglich, die Genauigkeit der Messergebnisse von der Sensorschicht 18 bezüglich der Positionen bzw. der Flächenpressung an den Positionen innerhalb der Werkzeughälfte 4a, 4b zu erhöhen.
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Im Anschluss werden, wie bereits in den 1e bis 1g beschrieben, dieselben Schritte durchgeführt, um ein ungleichmäßiges bzw. inhomogenes Druckbild in ein gleichmäßiges bzw. homogenes Druckbild mit konstanter Flächenpressung zu wandeln.
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In 5 sind die oben vorgestellten Ausführungsformen des Verfahrens als Flussdiagramm dargestellt. Dabei ist das erste Ausführungsbeispiel unter der Variante A. und das zweite Ausführungsbeispiel unter der Variante B. aufgeführt. Der Einfachheit halber sind innerhalb des Flussdiagramms die einzelnen Schritte jeweils unter Bezug auf die einzelnen Figuren erwähnt. Um die Unterschiede zwischen Variante A. und B. bzw. C. und D. deutlich hervorzuheben, sind Unterstreichungen eingefügt (z. B. 4a). Die Schritte, die im Nachfolgenden nicht erläutert werden, sind identisch zu denjenigen, die bereits diskutiert wurden.
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Ferner zeigt 5 zwei weitere Varianten C. und D. bzw. alternative Ausführungsformen.
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Dabei ist die Variante C. identisch zur Variante A. bzw. dem ersten Ausführungsbeispiel, jedoch mit dem Unterschied, dass der Schritt b bzw. der Schritt dargestellt in 1b entfällt.
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Damit dieser Schritt (1b) entfallen kann, ist es notwendig, die Tuschierpaste 1 nicht auf der Platine bzw. dem Blech 2 anzuordnen, sondern auf einer oder beiden Werkzeughälften 4a, 4b, wobei auf das Blech 2 vollkommen verzichtet wird.
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Mit Hilfe der Variante C. ist es somit möglich, das Blech 2 als Fehlerquelle auszuschließen und somit die Genauigkeit der Form des Kotflügels 9, hergestellt durch Zusammenfügen der Werkzeughälften 4a und 4b, zu erhöhen. Einhergehend damit kann Zeit, die für die korrekte Platzierung des Blechs 2 innerhalb der Presse benötigt wird, eingespart werden. Auch werden so die Täler 12 und die Berge 11 direkt auf den Werkzeughälften sichtbar. Dies trägt zur Erhöhung der Genauigkeit der Nachbearbeitung des Werkzeuges bei.
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Variante D. aus 5 ist eine Abwandlung des zweiten Ausführungsbeispiels, dargestellt in 5 als Variante B. Das Ausführungsbeispiel D. ist im Wesentlichen identisch zur Variante B., jedoch mit dem Unterschied, dass der Verfahrensschritt 1b bzw. die 1b eingespart wird.
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Hierfür ist es notwendig, das Mittel zum Anzeigen der Flächenpressung, also die Sensorschicht 18 auf einer der beiden Werkzeughälften 4a, 4b anzuordnen. Dies gelingt vorzugsweise durch Aufkleben, wobei die Sensorschicht leicht von der Werkzeughälfte entfernbar ist.
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Somit kann Zeit für das Anordnen des Blechs 2 in der Presse 4 eingespart werden. Auf diese Weise kann somit das Verfahren zum automatisierten Tuschieren in einer noch kürzeren Zeiteinheit durchgeführt werden.
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Bei Verwendung einer Sensorschicht wird diese vorzugsweise auf die Werkzeughälfte bzw. auf das Werkzeug angeordnet, das der zu bearbeitenden Werkzeughälfte gegenüberliegt. Auf diese Weise kann die Zeit für das Anbringen und Entfernen der Sensorschicht eingespart werden.
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In Anlehnung an die Beschreibung zu 1f hinsichtlich der Verwendung von Koordinatensystemen für Werkzeug und Bearbeitungsvorrichtung kann bei den Ausführungsbeispielen der Varianten C. und D. auf die Verwendung eines Koordinatensystems für die Sensorschicht verzichtet werden. Dies ist möglich, da die Sensorschicht direkt auf einem Werkzeug bzw. auf einer Werkzeughälfte angeordnet ist, wodurch die erfasste Flächenpressung gleich im Koordinatensystem des jeweiligen Werkzeuges detektiert wird.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Tuschieren von Werkzeugen einer Presse mit mehreren Schritten. Das Verfahren umfasst ein Anordnen eines Mittels zum Anzeigen einer Flächenpressung innerhalb eines Werkzeuges einer Presse und/oder auf einem Werkstück, ein Schließen und Öffnen der Presse, ein Erfassen der Flächenpressung auf mindestens eine Werkzeugoberfläche durch Erfassung des Mittels und/oder zwischen einer Werkstück- und einer Werkzeugoberfläche einer Presse, das Schließen und Öffnen der Presse, das Erfassen der Flächenpressung auf mindestens eine Werkzeugoberfläche oder auf die Werkstückoberfläche durch Auswertung des Mittels sowie das Errechnen einer Abweichung eines Ist-Zustandes zumindest eines Teiles der Werkzeugoberfläche oder der Werkstückoberfläche gegenüber einem Soll-Zustand, basierend auf der erfassten Flächenpressung. Ferner umfasst die Erfindung eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens.
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Mit Hilfe dieses Verfahrens kann ein aufwendiger Try-Out-Prozess zum Erstellen eines homogenen Druckbildes mit gleichmäßiger bzw. homogener Flächenpressung kosten- und zeitsparend optimiert werden. Auch kann durch das Erfassen der Abweichung das Verhalten des Werkstoffes des umzuformenden Bleches besser eingeschätzt und untersucht werden. Auf diese Weise können Erfahrungsdaten gesammelt werden, die in zukünftige Gestaltung von Presswerkzeugen bzw. Werkzeugen einfließen.
