DE102013014378A1

DE102013014378A1 - Vorrichtung zur Prüfung von Schmierstoffen in der Blechumformung sowie Verfahren zur Nutzung einer entsprechenden Vorrichtung

Info

Publication number: DE102013014378A1
Application number: DE201310014378
Authority: DE
Inventors: Georg Gisbert Zibulla
Original assignee: Raziol Zibulla & Sohn GmbH
Current assignee: Raziol Zibulla & Sohn GmbH
Priority date: 2013-08-30
Filing date: 2013-08-30
Publication date: 2015-03-05
Anticipated expiration: 2033-08-31
Also published as: DE102013014378B4

Abstract

Dargestellt und beschrieben ist unter anderem eine Vorrichtung zur Prüfung von Schmierstoffen der Blechumformung, umfassend eine Basis zur Aufstellung der Vorrichtung sowie eine Einrichtung zur Förderung eines mit Schmierstoff benetzten Blechstreifens und ein Werkzeug zur Beaufschlagung des Blechstreifens mit einer Normalkraft. Die Besonderheit besteht u. a. darin, dass die Vorrichtung als Fördereinrichtung eine relativ zu Basis und Werkzeug verlagerbare Auflagefläche für den Blechstreifen vorsieht, welche Sicherungsmittel zur Festlegung des Blechstreifens an der verlagerbaren Auflagefläche aufweist.

Description

Die Blechumformung, insbesondere das Tiefziehen, stellt eine der wichtigsten Umformverfahren für die wirtschaftliche Fertigung von Blechformteilen, wie beispielsweise Küchenspülen, dar. Bei diesen Prozessen sind die tribologischen Systemeigenschaften größtenteils noch nicht zur Genüge erforscht.
Die Verfahrensgrenzen entsprechender Blechumformungsprozesse werden neben dem Werkstoffmaterial vor allen von den herrschenden Reibungs- und Schmierungsverhältnissen bestimmt. So stellt 1 einen typischen Tiefzieh-Prozess dar, bei welchem ein Werkzeugstempel 100 auf ein befettetes Blech 110 zwecks Formgebung einwirkt. Als Befettung weist das Blech beidseitig einen Schmierstofffilm 120 auf, welcher in 1 lediglich angedeutet ist. Während der Beaufschlagung des Bleches 110 durch den Stempel 100 liegt das Blech 110 mit seinen Rändern in einem Schulter- oder Flanschbereich B der Matrize 130 auf. Dieser Flanschbereich B wird von einem oder mehreren Niederhaltern 140 kraft-beaufschlagt. Je nach Prozess, also beispielsweise Tiefzieh-Prozess oder Abstreck-Gleitzieh-Prozess, können hierbei, insbesondere im Flanschbereich B oder im Bereich der Zarge, teils sehr große Flächen-Normalspannungen auftreten, welche in der Praxis bei entsprechenden Prozessen zu Problemen führen können.
Aus dem Stand der Technik ist es daher bekannt, sehr groß bauende Anlagen zur Erforschung derartiger tribologischer Eigenschaften und zur Simulation des Verhaltens von Werkzeugmaterial und Schmiermittel in derartigen Einsatzfällen einzusetzen. 2 zeigt eine derartige Vorrichtung 150 des Standes der Technik zur Durchführung eines solchen „Streifen-Ziehversuchs”. Dort wird zwischen einer Abwickelhaspel 160 und einer Aufwickelhaspel 170 ein Blechstreifen 180 geführt, wobei dieser von einem Motor 190 gefördert wird. Entlang einer Förderrichtung R wird der Blechstreifen zunächst durch eine Beölungseinrichtung 200 geleitet und dort mit Schmiermittel befettet, bevor der Blechstreifen 180 in einer Beaufschlagungseinheit 210 beidseitig, also von oben und unten, durch je eine Werkzeugbacke mit einer Normalkraft beaufschlagt wird. Da die Normalkräfte einstellbar sind und die resultierende Reibkraft gemessen werden kann, kann so der Reibwert ermittelt werden.
Zahlreiche Tests haben jedoch Nachteile der beschriebenen Anlage dahingehend festgestellt, dass diese zunächst sehr aufwendig und kostspielig im Aufbau ist, und daher nur an sehr wenigen Orten überhaupt aufgebaut und betrieben wird. Zudem können Fehlerquellen, welche nicht automatisch detektierbar sind, zu irreführenden Ergebnissen führen. Auch besteht die Annahme, dass die realen Bedingungen eines Tiefzieh- oder Abstreck-Gleitzieh-Prozesses bisher noch nicht hinreichend realistisch abbildbar sind. Schließlich zeigt sich, dass der eingespannte Streifen oft vor dem Schmierfilm reißt, weil er die zu seiner Prüfung erforderlichen Belastungen nicht mehr selbst übertragen kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur beanspruchungsgerechteren Prüfung von Schmierstoffen bzw. Simulation von realen Umformprozessen bereitzustellen, welche (flexibler im Einsatz) die realen Bedingungen besser nachzustellen vermag, um schließlich bessere Ergebnisse bei der Reibwertbestimmung zu erhalten.
Die Erfindung löst die Aufgabe zunächst mit den Merkmalen des Anspruches 1. In diesem Sinne wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass dem Blechstreifen nunmehr eine verfahrbare Unterlage zugeordnet ist und der Blechstreif nur noch einseitig belastet wird (und dadurch höhere Belastungen übertragen kann). Dies ermöglicht eine realistischere Abbildung der realen Bedingungen bei Umform- bzw. Tiefzieh-Prozessen.
Die Auflagefläche ist dabei bewegbar oder verfahrbar ausgestaltet, und kann insbesondere von einer planen Halterung bereitgestellt werden, auf die der Blechstreifen aufgelegt wird. Der Blechstreifen kann auf diese Weise vor der Beaufschlagung mit einer Normalkraft durch ein Werkzeug zunächst auf einfache Art in eine Startposition verfahren werden. In dieser Startposition kann das Werkzeug dann an den Blechstreifen herangeführt werden, um diesen mit einer Normalkraft einseitig zu beaufschlagen.
Aus der Startposition heraus kann der Blechstreifen mitsamt der Auflagefläche unter dem Werkzeug entlang geführt werden. Je nach Anwendungsfall kann die von dem Werkzeug bereitgestellte Normalkraft hierbei konstant bleiben oder insbesondere auch variieren (also beispielsweise kontinuierlich erhöht oder abgesenkt werden). Dies ermöglicht eine noch realistischere Überprüfung der realen Tiefzieh-Prozesse.
Die Auflagefläche ist (relativ zum Werkzeug) in Förderrichtung, insbesondere translatorisch, verlager- oder verfahrbar. Hierdurch kann – im Gegensatz zur Vorrichtung des Standes der Technik – insbesondere der Materialfluss bei einem Umformvorgang simuliert werden.
Damit der Blechstreifen und die sich bewegende Auflagefläche bei Kraftbeaufschlagung aneinander haften, sieht die Erfindung Sicherungsmittel zur Festlegung des Blechstreifens auf oder an der verlagerbaren Auflagefläche vor. Diese Sicherungsmittel können den Blechstreifen hierbei insbesondere einseitig beaufschlagen und so an der Auflagefläche festlegen, zum Beispiel an dem in Förderrichtung vorderen Ende des Blechstreifens. Dort kann insbesondere eine mit der Auflagefläche verbundene Klammer oder ein Keil angreifen. Durch die Verwendung eines Keiles, welcher grundsätzlich natürlich an einer beliebigen Stelle des Blechstreifens vorgesehen werden kann, mag auf einfache Art und Weise verhindert werden, dass der Blechstreifen bei Kraftbeaufschlagung durch das Werkzeug von dem Werkzeug festgehalten wird. Der Keil kann insbesondere den Vorteil eines einfach handhabbaren Sicherungsmittels bereitstellen.
Vorteilhafterweise kann der Keil hierbei pneumatisch betrieben werden, was eine noch sichere Festlegung bzw. ein noch sicheres Festhalten eines oder mehrerer Abschnitte des Blechsteifens an der Auflagefläche ermöglicht.
Grundsätzlich können aber auch mehrere Keile vorgesehen sein und/oder der Blechstreifen kann an beiden Enden (oder über seine gesamte Länge) an der Fördereinrichtung festgelegt werden.
Die bevorzugte Festlegung des Blechsteifens lediglich an einem in Förderrichtung vorderen Bereich weist den Vorteil auf, dass andere Betriebsarten vorgesehen werden können, bei welchen dem in Förderrichtung hinterem Ende des Förderstreifens keine Auflagefläche zugeordnet ist, so dass auch andere Einsatzfälle (beispielsweise im Kantenbereichen eines Tiefzieh-Topfes oder ähnliches) simulierbar sind.
Grundsätzlich müssen die Sicherungsmittel aber natürlich nicht als Keil ausgebildet sein. Es können gleichfalls bzw. alternativ zum Beispiel Sicherungsmittel nach Art von Verschraubungen oder ähnlichem vorgesehen werden. Auch eine Oberflächenbearbeitung der Auflagefläche kann in diesem Sinne als Sicherungsmittel angesehen werden. So kann die Auflagefläche beispielsweise aufgerauht sein oder ähnliches, sofern dies ein Mitführen des beaufschlagten Streifens ermöglicht. Die Sicherungsmittel müssen im Sinne der Erfindung lediglich sicherstellen, dass der Blechstreifen auch bei Beaufschlagung durch die Normalkraft mit der Auflagefläche mitgeführt wird.
Die Auflagefläche kann grundsätzlich in Förderrichtung des Blechstreifens verlager- bzw. verfahrbar sein.
Jedenfalls ist die Auflagefläche auch relativ zur Basis der Vorrichtung verfahrbar, wobei im Sinne einer Basis bei der vorliegenden Erfindung der dem Untergrund zugeordnete Abschnitt der Vorrichtung verstanden wird, welcher ein sicheres Aufstellen der kompakten Vorrichtung ermöglicht. Insbesondere kann die Basis Vorrichtungsbeine oder -füße aufweisen, welche zum Beispiel auch höhenjustierbar sein können.
Die Basis kann dabei Teil eines Gehäuses sein, welches die Auflagefläche umgibt und vor Verschmutzungen und ähnlichem schützt. Ein derartiges Gehäuse ermöglicht eine relativ kompakte Vorrichtung, die gegebenenfalls sogar ohne vorherige Demontage transportierbar ist und in diesem Sinne eine Mobilität der gesamten Vorrichtung ermöglicht.
Die Vorrichtung erlaubt den Einsatz von Blechsteifen unterschiedlichen Materials bzw. unterschiedlicher Materialbreite und Materialdicke, aber auch den Einsatz ganz unterschiedlicher Werkzeuge. Diese können in der Vorrichtung nämlich modular ausgetauscht werden. Insbesondere können auf später noch genauer erörterte Weise Werkzeug samt Halterung auf einfache Weise aus der Vorrichtung entnommen und durch ein anderes Werkzeug (gegebenenfalls in derselben Halterung oder auch in einer anderen Halterung) ersetzt werden. Schließlich kann auch ein ganzes Werkzeugmodul aus der Vorrichtung auf einfache Weise entnommen werden und durch ein anderes Werkzeugmodul mit einer anderen Funktion ersetzt werden.
In der erfindungsgemäßen Vorrichtung können selbstverständlich auch verschiedene Schmierstoffe zum Einsatz kommen. Der Blechstreifen kann dabei entweder vor dem Einlegen in die Vorrichtung oder auch nach dem Auflegen auf die Auflagefläche mit Schmierstoff benetzt werden, insbesondere an seiner, dem Werkzeug zugeordneten (Ober)-Seite.
Als Schmierstoffe kommen hierbei sämtliche Schmiermittel oder Schmierstoffe in Frage, welche typischerweise auch in der Blechumformung eingesetzt werden, also insbesondere Schmieröle oder Schmierfette.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die verlagerbare Auflagefläche beheizbar. Dies ermöglicht eine noch bessere Annäherung an die realen Verhältnisse bei Umformprozessen. Hierzu kann der insbesondere schlittenartig ausgebildeten Auflagefläche ein Heizelement fest zugeordnet sein, derart, dass das Heizelement ebenfalls mitverfahren kann bzw. mitverlagerbar ist. So wird eine besonders kompakte Bauweise ermöglicht und es erübrigt sich ein Problem mit Anschlüssen zu der verlagerbaren Auflagefläche.
Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, das Heizelement nicht mitzuverlagern und auf andere Weise (beispielsweise über bewegliche, wärmeleitende Anschlüsse) an die Auflagefläche anzubinden.
Auf diese Weise kann insbesondere eine Streifenvorwärmung, auf beispielsweise bis zu 80 Grad Celsius, ermöglicht werden. Natürlich sind auch andere Streifenvorwärmungen möglich, beispielsweise im Bereich von unter 60 Grad Celsius oder zwischen 60 und 80 Grad Celsius.
Alternativ kann die Heizung natürlich auch abgeschaltet werden, um bei Raumtemperaturen (des Streifens bzw. der Auflagefläche) zu arbeiten.
Des Weiteren kann zusätzlich oder alternativ das Werkzeug beheizt werden. Hierzu kann insbesondere einem Werkzeugmodul der Vorrichtung ein Heizelement zugeordnet sein. Das Heizelement kann auf diese Weise gemeinsam mit dem Werkzeugmodul aus der Vorrichtung entfernbar sein. Alternativ kann das Heizelement auch in der Vorrichtung fest verbaut sein, um dann mit dem Werkzeugmodul (bei dessen Einbau) verbunden zu werden. Auf diese Weise ist eine Werkzeugtemperierung von bis zu 200 bis 300 Grad Celsius möglich, ebenfalls um noch realere Testbedingungen zu erschaffen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Vorrichtung Montagemittel auf, derart, dass das Werkzeug durch ein anderes alternatives Werkzeug ersetzt werden kann. Auf diese Weise kann beispielsweise das aktuell eingesetzte Werkzeug samt einer Halterung entfernt werden. Sodann kann ein neues Werkzeug samt neuer Halterung eingesetzt werden.
Alternativ kann in die herausgenommene Werkzeughalterung aber auch ein neues Werkzeug eingesetzt werden, so dass die alte Werkzeughalterung mit dem neuen Werkzeug dann in die Vorrichtung eingesetzt werden kann.
Insbesondere ist eine herausnehmbare Werkzeughalterung jedoch nicht zwingend notwendig. So kann die Werkzeughalterung auch fest an der Vorrichtung vorgesehen sein, um dann lediglich das Werkzeug auszuwechseln. Besonders vorteilhaft erscheint es aber, wenn auch die Werkzeughalterung entnehmbar ist. Hierzu kann eine Formschlossführung, beispielsweise, nach Art einer Schwalbenschwanz- oder T-Nut-Führung vorgesehen sein. Die Werkzeughalterung kann zum Beispiel grundsätzlich T-förmig ausgebildet sein und dann formschlüssig in eine entsprechende T-förmige Aufnahmenut der Vorrichtung eingesetzt werden (beispielsweise in Förderrichtung). Die Werkzeughalterung bzw. das Werkzeug wird hierbei vorteilhafterweise in ein Werkzeugmodul der Vorrichtung eingesetzt, welches seinerseits dann (wie später noch genauer beschrieben) ebenfalls entnehmbar und gegen ein anderes Modul austauschbar sein kann.
Die unterschiedlichen Werkzeuge zeichnen sich (neben unterschiedlichen Materialien) insbesondere dadurch aus, dass sie unterschiedliche Beaufschlagungsflächen bieten. So können beispielsweise Werkzeuge mit Werkzeugflächen von zwischen 40 mm² und 1.000 mm² oder sogar bis zu 10.000 mm² Verwendung finden. Diese Werkzeuge sind dabei beispielsweise PVD-beschichtet oder können insbesondere auch gar nicht beschichtet sein. Auf diese Weise können Flächenpressungen von 3.500 bis 100 N/mm² oder sogar bis 1 N/mm² erreicht werden.
Vorteilhafterweise ist dem eingebauten Werkzeug eine Detektionseinrichtung zugeordnet, welche Fehlmessungen dadurch ausschließen kann, dass eine Schrägstellung des Werkzeuges bzw. der Werkzeughalterung relativ zu dem Blechstreifen bzw. der Auflagefläche detektiert werden kann. Insbesondere sind hierzu mindestens zwei Kraftsensoren bezüglich der Förderrichtung des Blechstreifens hintereinander angeordnet. Die Kraftsensoren können üblicherweise der Vorrichtung derart zugeordnet sein, dass sie bei einem Wechsel des Werkzeugs bzw. der Werkzeughalterung nicht mitentnommen werden. Sie können insbesondere einem Werkzeugmodul zugeordnet sein.
Ergibt sich bei den durchgeführten Messungen eine sehr große Differenz zwischen den Messungen beider Kraftsensoren, kann hieraus auf eine Schrägstellung des Werkzeuges bzw. der Werkzeughalterung geschlossen werden. In diesem Falle kann das Werkzeug neu ausgerichtet und eine erneute Messung durchgeführt werden.
Bei den Vorrichtungen des Standes der Technik sind derartige Detektionseinrichtungen nicht bekannt, und Fehler können allenfalls durch völlig unrealistische Messergebnisse detektiert werden.
In der Regel sind mindestens zwei Kraftsensoren in der erfindungsgemäßen Vorrichtung oberhalb des eigentlichen Werkzeuges angeordnet und auch oberhalb eines weiteren Kraftsensors, welcher zur Ermittlung der Reibkraft verwendet wird.
Gemäß einer ganz besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die Vorrichtung in einem alternativen Mess- und Prüfmodus betrieben werden, in welchem sie sich den Gegebenheiten in einem Streifen-Ziehversuch nahezu anpasst. Hierfür ist der Vorrichtung ein wahlweise in die Vorrichtung einsatzbares Gegenlager, insbesondere in Form einer Walze, zugeordnet. Diese Walze kann auf Höhe der Auflagefläche montiert werden, insbesondere im Bereich des Werkzeuges, derart, dass der Blechstreifen bei einer Beaufschlagung mit einer Normalkraft durch das Werkzeug über die Walze läuft. Auch wenn der Blechstreifen hierbei grundsätzlich ebenfalls durch die Auflagefläche in Förderrichtung gefördert wird, ermöglicht die Walze die Simulation einer Reibbacke. Während bei dem herkömmlichen Messmodus die Auflagefläche in ihrem gesamten Bereich, also auch im Bereich des Werkzeuges, immer relativ zum Werkzeug in Förderrichtung verlagert wird, und somit ein Druckaufbau quasi immer abgeführt wird, kann die an ihrer Oberseite, insbesondere in Förderrichtung, umlaufende Walzenoberfläche für einen (konstanten) Gegendruck sorgen. Die Auflagefläche ist hierzu einkürzbar ausgestaltet.
Das Vorsehen des Einbauens eines derartigen Gegenlagers ermöglicht eine bessere Vergleichbarkeit mit den Messwerten, welche eine Vorrichtung des Standes der Technik erbringt, da der Streifen beidseitig ausdünnen kann. Auf diese Weise kann die Vorrichtung des Standes der Technik gegebenenfalls sogar geeicht werden. Alternativ kann auch die vorliegende Vorrichtung zunächst bei eingebautem Gegenlager geeicht werden. Zusammenfassend ermöglicht diese besondere Ausgestaltung der Erfindung somit eine große Flexibilität der Vorrichtung, je nach Kundenwunsch eine Vorrichtung zu benutzen, welche näher an den realen Bedingungen orientiert ist, oder welche näher an dem im Stand der Technik simulierten Bedingungen orientiert ist. Zudem gibt es bei einigen Umformverfahren (zum Beispiel Rollformen bei Wellblechen) Grundvoraussetzungen, welche eher durch das eingebaute Walzenmodul bzw. das eingebaute Gegenlager simulierbar sind.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung derart ausgebildet, dass sie Halterungsmittel aufweist, welche den Austausch eines das Werkzeug enthaltenden Werkzeugmoduls gegen ein Befettungsmodul ermöglichen. Diese Ausgestaltung der Vorrichtung ermöglicht eine besonders platzsparende Anlage, bei welcher das ganze Werkzeug bzw. das Werkzeugmodul zunächst ausgebaut wird und gegen ein Befettungsmodul, insbesondere nach Art einer Beölungsanlage, zum Beispiel zur sprühenden Beauftragung, ersetzt oder ausgetauscht wird. Eine Durchführung einer entsprechenden Messung könnte daher damit beginnen, dass zunächst ein Befettungsmodul in die Anlage eingebaut wird. Sodann wird der Blechstreifen auf die Auflagefläche aufgelegt, in eine Startposition verfahren, das Befettungsmodul wird gestartet und die Benetzung oder Besprühung des Blechstreifens mit einem Schmierstoff beginnt. Die Auflagefläche wird zurückverfahren, um den gesamten relevanten Bereich des Blechstreifens zu benetzen. Anschließend wird das Befettungsmodul ausgebaut und das Werkzeugmodul (gegebenenfalls mit bereits eingebautem Werkzeug) in die Vorrichtung eingesetzt. Sodann kann der bereits beschriebene herkömmliche Kraftauftragsvorgang beginnen.
Das Befettungsmodul kann hierbei insbesondere einen Tank oder ähnliches für Schmierstoffe enthalten. Alternativ kann das Befettungsmodul auch lediglich Anschlussmöglichkeiten zur Zuleitung eines Schmierstoffes aufweisen. Üblicherweise wird das Befettungsmodul dabei Auftragsdüsen vorsehen, welche den Blechstreifen insbesondere besprühend befetten.
Grundsätzlich ist es allerdings auch vorstellbar, bei der erfindungsmäßen Vorrichtung kein austauschbares Befettungsmodul vorzusehen und die Befettung nur separat durchzuführen, insbesondere vor Einlegen des Blechstreifens in die Vorrichtung auf die Auflagefläche.
Weiter vorteilhafterweise kann der Vorrichtung auch ein alternatives Werkzeugmodul nach Art eines Umlenkmoduls zugeordnet sein. So kann es gewünscht sein, die Bedingungen in anderen Bereichen einer Tiefzieh-Matrize zu simulieren, beispielsweise im Kantenbereich, also unterhalb des Flanschbereiches der Matrize. Hierzu kann der Vorrichtung ein Umlenkmodul zugeordnet sein, welches für die Umlenkung des in Förderrichtung hinteren Endes des Blechstreifens, insbesondere um etwa 90 Grad, sorgt. Das Umlenkmodul kann entweder anstelle des herkömmlichen Werkzeugmoduls in die Vorrichtung eingesetzt werden oder dieses lediglich ergänzen. Es ist hierbei wichtig, dass das Umlenkmodul eine Umlenkvorrichtung, insbesondere nach Art einer Umlenkrolle, vorsieht, welche eine Umlenkung der grundsätzlichen Förderrichtung ermöglicht. Der Blechstreifen wird nicht mehr grundsätzlich in eine einzige Förderrichtung gefördert, sondern zunächst in eine erste Förderrichtung und dann (nach Umlenkung) in eine zweite Förderrichtung, welche insbesondere senkrecht zur ersten Förderrichtung steht, um eine Kante zu simulieren. Bezüglich der Förderrichtung greift das Werkzeug des Umlenkmoduls typischerweise vor dem Umlenkpunkt an dem Blechstreifen an. Das Umlenkmodul kann hierzu einen eigenen Werkzeugantrieb vorsehen oder eine Umlenkung des herkömmlichen Werkzeugantriebes, vorteilhafterweise ebenfalls um etwa 90 Grad, ermöglichen.
Der Blechstreifen liegt somit bei dieser Ausführungsform nicht mehr komplett auf der Auflagefläche auf, sondern steht beispielsweise nach oben an einem hinteren Ende von der Auflagefläche ab. Das Werkzeug greift dabei vorteilhafterweise an dem nicht auf der Auflagefläche liegenden Bereich an dem Blechstreifen an. Im Bereich des Werkzeuges kann dem Blechstreifen dabei auf der von dem Werkzeug abgewandten Seite eine feststehende Anlagebacke zugeordnet sein. Grundsätzlich können auch bei diesem Umlenkmodul sämtliche voranstehend beschriebenen und nachbeschriebenen vorteilhaften Ausgestaltungen erwirkt werden. Beispielsweise können die Werkzeuge austauschbar sein bzw. es kann eine Detektionseinrichtung, wie oben beschrieben, vorgesehen werden. Typischerweise wirkt die Normalkraft bei eingesetztem Umlenkmodul in horizontaler Richtung während sie bei dem herkömmlichen Werkzeugmodul (bzw. ohne Einsetzen des Umlenkmoduls) typischerweise senkrecht wirkt.
Gemäß einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die Auflagefläche für den Blechstreifen über die Basis der Vorrichtung hinaus verfahren oder verlagert werden. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine besonders kompakte Bauweise der gesamten Vorrichtung. Typischerweise befindet sich die Auflagefläche im Ruhemodus der Vorrichtung vollständig innerhalb der Hüllkontur des Vorrichtungsgehäuses, bzw. innerhalb der Hüllkontur der Basis der Vorrichtung. Wird die Vorrichtung eingeschaltet und ein Blechstreifen zum Befetten oder Beaufschlagen eingeführt, so kann die Auflagefläche dann in eine Startposition verfahren, in welcher sie über die Basis hinaus bzw. über ein Vorrichtungsgehäuse hinaus nach außen vorsteht. Um die Auflagefläche, bzw. den Blechstreifen auch bei ausgefahrener Auflagefläche vor äußeren Einwirkungen wie Verschmutzungen etc. zu schützen, kann die Vorrichtung eine Schutzhaube aufweisen, welche bei herausstehender Auflagefläche über die Auflagefläche herübergeführt ist. Beispielsweise kann eine Schutzhaube klappbar an dem Gehäuse der Vorrichtung außen angebracht werden. Die Klappbarkeit ermöglicht dann eine noch kompaktere Ausgestaltung der Vorrichtung in einem Ruhemodus.
Die verlagerbare Auflagefläche ist gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung von einem Elektromotor antreibbar. Hierzu kann insbesondere ein an der Auflagefläche fest angeordneter Schlitten verwendet werden, welcher Spindeln eines Spindelgetriebes entlang verfahrbar ist, nämlich von dem Elektromotor. Auf diese Weise wird ein besonders zuverlässiges Verfahren der Auflagefläche und des Streifens ermöglicht.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe ebenfalls mit einem Verfahren gemäß Anspruch 10, welches insbesondere darin besteht, die Prüfung eines Schmierstoffes in einer entsprechenden Vorrichtung vorzunehmen, wobei sowohl Art, Material, Dimension, Breite und/oder Dicke des Blechstreifen an die gewünschten, zu simulierenden Gegebenheiten angepasst werden kann. Außerdem wird auch das Werkzeug hinsichtlich Dimensionierung und/oder Material ausgewählt. Schließlich wird ein entsprechender Schmierstofftyp gewählt und dann in einer gewünschten Filmstärke auf den Blechstreifen aufgetragen, wie dies der Anspruch 10 verdeutlicht. Sämtliche Besonderheiten der Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 sind ebenfalls auf den Verfahrensanspruch 10 übertragbar (sofern anwendbar). Beispielsweise kann ein Verfahrensschritt darin bestehen, die Auflagefläche und/oder das Werkzeug zu beheizen etc.
Aus der abschließend gemessenen Reibspannung bzw. Reibkraft (wobei tatsächlich die Kraft gemessen wird, da die Reibspannung von den bekannten Gegebenheiten wie Werkzeug- und Blechstreifendimensionierung abhängt), kann insbesondere der sogenannte Reibwert ermittelt werden und dieser gegenüber der Normalkraft für unterschiedliche Fördergeschwindigkeiten aufgetragen werden, um Referenzkurven für die unterschiedlichen Tiefzieh-Prozesse zu erhalten.
Das Verfahren gemäß Anspruch 10 kann insbesondere in der angegebenen Reihenfolge der beanspruchten Verfahrensschritte erfolgen.
Weitere Besonderheiten der Erfindung ergeben sich anhand der nicht zitierten Untersprüche sowie anhand der folgenden Figurenbeschreibung:
In den Figuren zeigen:
1: Eine bereits erläuterte Tiefzieh-Vorrichtung bei abgesenktem Stempel in einer sehr schematischen Querschnittsansicht,
2: eine ebenfalls bereits grundsätzlich beschriebene Vorrichtung des Standes der Technik zur Durchführung eines Streifen-Zieh-Versuches bei einem zwischen zwei Haspeln angeordneten Blechstreifen, welcher in einer separaten Beölungsanlage befettet wird, und bei welchem zwei Klemmbacken auf den Blechstreifen Normalkräfte auftragen, in einer sehr schematischen Seiten- bzw. Schnittansicht,
3: eine perspektivische, vereinfachte Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
4: eine sehr schematische seitliche Schnittansicht der Vorrichtung nach 3, etwa aus Richtung eines in 3 mit IV gekennzeichneten Ansichtspfeils unter Fortlastung diverser Vorrichtungselemente (wie beispielsweise der Basis) bei auf die Auflagefläche aufgelegtem aber noch nicht gesichertem Blechstreifen,
5: in einer Ansicht gemäß 4 die dort gezeigte Vorrichtung bei gesichertem Blechstreifen und entgegen der grundsätzlichen Förderrichtung in eine Startposition verlagerter Auflagefläche,
6: in einer Ansicht gemäß 5 die erfindungsgemäße Vorrichtung bei abgesenktem Werkzeug und bei beaufschlagtem Blechstreifen,
7: in einer nicht maßstabsgetreuen, sehr schematischen, seitlichen Schnittansicht, ein Kontaktbereich zwischen dem Blechstreifen gemäß der 4 bis 6, allerdings während einer weiteren Verlagerung der Auflagefläche in eine Endposition,
8: in einer Ansicht gemäß 7 ein alternativer Fall, bei welchem dem Werkzeug ein Gegenlager zugeordnet ist,
9: eine sehr schematische Einzeldarstellung des in den 3 bis 6 lediglich angedeuteten Werkzeugmoduls,
10: in einer Ansicht gemäß 4 die erfindungsmäße Vorrichtung nach dem Austausch des Werkzeugmoduls durch ein Befettungsmodul,
11: in einer Ansicht gemäß 4 die erfindungsgemäße Vorrichtung nach dem Austausch des Werkzeugmoduls durch ein Alternativ-Werkzeugmodul in Form eines Umlenkmoduls,
12: in einer sehr schematischen Ausschnittansicht nach Art einer Explosionsdarstellung Teile des Werkzeugmoduls nach 9 bei von dem Werkzeughalter getrenntem Werkzeug und aus dem Werkzeugmodul herausgenommenem Werkzeughalter,
13: eine sehr schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bei eingesetztem Gegenlager zum Betrieb der Vorrichtung in einem alternativen Messmodus.
Der nachfolgenden Figurenbeschreibung sei vorangestellt, dass gleiche oder vergleichbare Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, teilweise unter Zufügung von Apostrophs oder kleinen Buchstaben.
Eine erfindungsmäße Vorrichtung 10 ist zunächst in 3 in einer perspektivischen Schrägansicht dargestellt. Die Vorrichtung weist ein Gehäuse 11 auf, welches seiner Hüllkontur nach sehr kompakt ausgestaltet ist. Das Gehäuse weist ausweislich 3 einen Kontrollmonitor 12 auf, welcher über einen Schwenkarm 13 in einem ungenutzten Zustand der Vorrichtung 10 an das Gehäuse 11, wie dargestellt, heranschwenkbar ist. Auch ein klappbarer Streifenschutz 14 ist vorgesehen. In unbenutztem Zustand der Vorrichtung (also im Ruhemodus) kann der Streifenschutz 14 nach unten, an das Gehäuse heran, abgeklappt werden. Dies ermöglicht eine sehr platzsparende Aufbewahrung der Vorrichtung 10 im Ruhemodus.
Als Teil des Gehäuses 11 weist die Vorrichtung 10 eine Vorrichtungsbasis 15 auf, welche zunächst dafür sorgt, dass ein für die durchzuführenden Untersuchungen in die Vorrichtung 10 einzulegender Blechstreifen nicht auf Bodenhöhe angeordnet wird, sondern etwa im Hüftbereich einer Bedienperson. Zudem bietet die Basis 15 schrankartige Aufbewahrungsfächer, welche insbesondere hinter einer Gehäusetür 16 angeordnet sein können. Alternativ kann hinter der Tür auch ein Teil der Geräteelektronik oder eine Recheneinheit oder ähnliches angeordnet sein. Als Bestandteil der Basis 15 weist die Vorrichtung 10 auch Füße 17 auf, welche insbesondere höhenverstellbar ausgebildet sind, um eine Justage der Vorrichtungsteile, insbesondere einer später noch beschriebenen Auflagefläche, zu ermöglichen.
Oberhalb der Basis 15 ist das Gehäuse 11 im wesentlichen transparent ausgestaltet, zum Beispiel nach Art von durchsichtigen Scheiben 48. Von diesen sind zumindest die Scheiben 48a bis 48d klappbar ausgebildet, um Zugriff auf die wesentlichen Innenkomponenten der Vorrichtung 10 zu ermöglichen.
Bei diesen wesentlichen Komponenten handelt es sich zunächst um eine in 3 lediglich angedeutete, später noch in aller Ausführlichkeit erörterte Auflagefläche 18, welche von zwei Spindeln 19a und 19b umgeben ist. Entlang dieser Spindeln ist eine schlittenartige Einrichtung 20 entlang (und entgegen) einer Förderrichtung R verfahrbar. Diese schlittenartige Einrichtung 20 ist dabei fest, insbesondere einstückig mit der Auflagefläche 18 verbunden, um diese ebenfalls entlang und entgegen der Förderrichtung R verlagern zu können. Spindeln 19 und Schlitten 20 sind zum Antreiben mit einem Elektromotor 21 verbunden.
Insbesondere kann dieser Elektromotor 21 den Schlitten 20 derart verfahren, dass die Auflagefläche 18 in einer Startposition bis in den hochgeklappten Streifenschutz 14 hineinreicht. Bei abgeklapptem Streifenschutz würde die Auflagefläche 18 somit frei über die Hüllkontur des Gehäuses 11 hinausstehen. Der Streifenschutz 14 sorgt in einem hochgeklappten bzw. aktivierten Zustand dafür, dass die Auflagefläche 18 bzw. der in 3 nicht erkennbare, auf ihr aufgelegte Blechstreifen auch in der Startposition hinreichend vor äußeren Einflüssen, wie Verschmutzungen und ähnlichem geschützt sind.
Zur Verlagerung der Auflagefläche 18 (bzw. zur Aktivierung oder zum Ansprechen des Elektromotors 21) kann ein Nutzer den insbesondere als Touch-Display ausgestalteten Monitor 12 nutzen und entsprechende Einstellungen oder Auslösungen betätigen (so dass der Monitor 12 im Sinne der vorliegenden Anmeldung also auch eine Eingabevorrichtung aufweist). Der Monitor 12 kann hierzu mit Hilfe des Schwenkarmes 13 vom Gehäuse 11 wegverschwenkt werden.
Schließlich zeigt 3 im Inneren des Gehäuses 11 ein Werkzeugmodul 22, welches in späteren Figuren noch genauer erläutert wird. Hierzu weist die Vorrichtung 10 in 3 nicht näher gezeigte Haltemittel auf, welche grundsätzlich einen Austausch des Werkzeugmoduls 22 ermöglichen (beispielweise gegen ein Befettungsmodul). Das dargestellte Werkzeugmodul 22 ist dazu geeignet, den nicht dargestellten Blechstreifen auf der Auflagefläche 18 bezüglich 3 im wesentlichen senkrecht mit einer Normalkraft zu beaufschlagen.
Wie diese Normalkraft von dem Werkzeug des Moduls 22 appliziert wird, verdeutlichen die 4 bis 6 schematisch.
4 zeigt dabei die Vorrichtung 10 in einer sehr schematischen seitlichen Schnittansicht, etwa gemäß Pfeil IV in 3, unter Fortlassung diverser Vorrichtungs- bzw. Maschinenelemente. Auf die Auflagefläche 18 wurde hierbei ein Blechstreifen 23 aufgelegt, der hinsichtlich seiner Materialstärke und seiner Materialart danach ausgesucht wurde, welcher tatsächliche Anwendungsfall zu untersuchen bzw. simulieren ist. Ziel ist es, den Blechstreifen 23 mit Hilfe eines Werkzeuges 24 kraftzubeaufschlagen. 4 stellt das Werkzeugmodul 22 hierbei schematisch dar, wobei das Modul 22 das Werkzeug 24 aufweist, welches wiederum an einer vertikal verlagerbaren Werkzeughalterung 25 angeordnet ist.
Damit der Blechstreifen 23 bei einer in 4 noch nicht dargestellten Beaufschlagung durch das Werkzeug 24 nicht festgehalten wird und gegenüber der Auflagefläche 18 verrutscht, offenbart 4 eine Klemmeinheit 26 nach Art eines Keiles in ein einem noch nicht arretierten Zustand. Diese Klemmeinheit 26 ist einem ersten Ende 27 des Blechstreifens 23 zugeordnet, während das zweite Ende 28 des Blechsteifens 23 dem Werkzeugmodul 22 zugeordnet ist. Zum Arretieren bzw. Festlegen des Blechstreifens 23 auf der Auflagefläche 18 kann die Klemmeinheit 26 aktiviert und in die in 5 dargestellte Arretierstellung verstellt werden. In der Arretierstellung hält sie den Blechstreifen 23 an der Auflagefläche 18 sicher fest, wozu ein Klemmkörper 26a entlang einer linearen Führung 26b verlagerbar ist.
4 zeigt schließlich noch eine der Auflagefläche 18 fest zugeordnete Heizeinheit 29, welche, je nach simulierten Umgebungsbedingungen, für eine Aufheizung der Auflagefläche 18 (und somit indirekt auch für eine Aufheizung des Blechstreifens 23) sorgen kann, um die Versuchsbedingungen noch realistischer auszugestalten und an die Bedingungen in einem Umformprozess anzupassen.
4 zeigt hierbei eine Initiierungsposition der verlagerbaren Auflagefläche 18. Nach dem Festlegen des Blechstreifens durch die insbesondere pneumatische Klemmeinheit 26, kann die Auflagefläche 18 (mit Hilfe in 4 nicht dargestellter Spindeln 19a und 19b sowie mit Hilfe des Schlittens 20) aus der in 4 dargestellten Initialposition in eine in 5 dargestellte Startposition verfahren. Diese Verlagerung erfolgt entgegen der Förderrichtung R, also in Richtung –R.
Vor der Durchführung dieser Verlagerung wird jedoch, wie ebenfalls in 4 angedeutet, der Streifenschutz 14 aus seiner an dem Gehäuse 11 anliegenden Ruheposition in seine in 5 dargestellte Schutzposition verklappt, wie der Pfeil V in 4 andeutet.
Ausweilich 5, welche die Startposition der Auflagefläche 18 zeigt, ragt die Auflagefläche 18 samt zweitem Ende 28 des Blechstreifens 23 in den Streifenschutz 14 hinein. Ferner ist der Blechstreifen 23 innerhalb der Vorrichtung nun derart angeordnet, dass das Werkzeug 24 dem ersten Ende 27 des Blechstreifens 23 zugeordnet ist. Ausgehend von der Startposition gemäß 5 kann eine Kraftbeaufschlagung des Blechstreifens 23 mit Hilfe des Werkzeuges 24 erfolgen, wozu das Werkzeug 24 samt Halterung 25 innerhalb des Werkzeugmoduls 22 senkrecht, insbesondere elektromotorisch, nach unten geführt wird, und zwar entlang einer Normalrichtung N.
Sobald das Werkzeug 24 den Blechstreifen 23 kontaktiert und mit einer Normalkraft beaufschlagt, wie dies in 6 dargestellt ist, kann die Auflagefläche 18 in Förderrichtung R verfahren werden, wobei sie den Blechstreifen 23 unter dem Werkzeug 24 hindurchzieht. Bei diesem Vorgang kann die von dem Werkzeug 24 aufgebrachte Normalkraft entweder konstant bleiben oder variieren, insbesondere stetig steigen. Derartige Messungen können dabei für unterschiedliche Fördergeschwindigkeiten der Auflagefläche 18 in Förderrichtung R erfolgen.
Eine solche Anordnung erweist sich in den Ergebnissen als sehr viel realistischer als der in 2 gezeigte Band-Zieh-Versuch, bei welchem eine Beaufschlagung des Streifens beidseitig erfolgt.
Ein Vergleich der 7 und 8 verdeutlicht dies, wobei 7 einen exemplarischen Blechstreifen 23a bei einer Beaufschlagung wie in 6 dargestellt zeigt und 8 einen vergleichbaren Streifen 23b bei einer Beaufschlagung wie in 2 dargestellt.
7 und 8 zeigen, dass beide Streifen vor der Beaufschlagung durch ein Werkzeug zunächst eine gleiche Materialstärke oder Dicke d aufweisen. In Förderrichtung R weisen die beiden Musterstreifen 23 dann jedoch jenseits des Werkzeuges unterschiedliche Schichtdicken auf. Insbesondere weist der Streifen 23a gemäß 7 nach einer Hindurchführung unter dem Werkzeug 24 eine größere Materialstärke bzw. -dicke auf als der Teststreifen 23b in einem vergleichen Bereich, nachdem er die verlagerbaren Werkzeugbacken 24' und 24'' passiert hat. Die bei einer Anordnung gemäß 7 erhaltene Endstärke oder Enddicke des Materials hat sich bei den zahlreichen Versuchen als sehr viel realistischer für tatsächliche Umformungs- bzw. Tiefzieh-Prozesse herausgestellt.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens, welcher jedoch in 7 und 8 nicht erkennbar ist, ist die Tatsache, dass der Blechstreifen bei einer Vorrichtung, wie sie die 3 bis 6 zeigt, auf einer Auflagefläche aufliegend verlagert wird, während gemäß 2 der Blechstreifen zwischen zwei Haspeln 160 und 170 eingespannt ist. Durch die Einspannung zwischen den Haspeln greifen an dem Streifen 180 sehr viel ungleichmäßigere und unkontrollierbarere Kräfte an als bei dem Aufliegen auf einer verlängerbaren Fläche. Mit anderen Worten wird durch die Förderung einer Auflagefläche, auf welcher der Blechstreifen aufliegt, die Wahrscheinlichkeit eines frühen Reißens des gemäß 2 direkt eingespannten und geförderten Streifens vermindert.
Grundsätzliches Ziel eines Versuches, wie er insbesondere die 4 bis 6 zeigt, ist es den Reibwert, bzw. die Reibzahl zu ermitteln. Diese kann, je nach verwendetem Werkzeugmaterial, der Werkzeugfläche, der Fördergeschwindigkeit, der aufgebrachten Kontakt-Normalkraft etc. variieren.
Mathematisch ist die Reibzahl nach dem Coulombschen Reibgesetz proportional zum Quotient aus Reibkraft und Normalkraft. Da die Normalkraft appliziert wird und somit bekannt ist, muss mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 schließlich die Reibkraft gemessen werden.
Wie dies in einem Werkzeugmodul 22 gemäß den 3 bis 6 möglich ist, zeigt die 9. Diese offenbart in einer seitlichen, teilgeschnittenen Schemaansicht das Werkzeugmodul 22 der 4 bis 6, bei in dem Werkzeugmodul 22 angeordneter Werkzeughalterung 25 und hierin festgehaltenem Werkzeug 24. Die Werkzeughalterung 25 ist samt Werkzeug 24 in Förderrichtung R in das Werkzeugmodul 22 eingeschoben (beispielsweise mit Hilfe einer später noch näher beschriebenen T-Nut-Führung) und dann in dem Werkzeugmodul 22 festgelegt.
Zur Messung der Reibkraft weist das Werkzeugmodul 22 einen stationären Reibkraftsensor 30 auf. Dieser vermag bei einer Verlagerung des in 9 nicht dargestellten Blechstreifens die auf das Werkzeug 24 bzw. auf die Werkzeughalterung 25 einwirkenden Reibkräfte zu messen. Werkzeug 24 bzw. Werkzeughalterung 25 erfahren bei Kontaktierung des verlagerten Blechstreifens nämlich naturgemäß auch eine gewisse Kraftkomponente in Förderrichtung R, welche von dem als Messdose 30 ausgebildeten Reibkraftsensor erfassbar ist. Der Reibkraftsensor 30 kann seine Messdaten an eine nicht dargestellte Recheneinheit weiterleiten, welche beispielsweise in dem Monitor 12 gemäß 3 intrigiert sein kann. Anhand dieser Daten kann, je nach applizierter Normalkraft, ein Reibwert bzw. eine Reibzahl ermittelt werden. Führt man derartige Messungen bei variierender Reibkraft und auch für unterschiedliche Fördergeschwindigkeiten durch, können sich charakteristische Kennkurven ergeben, die der Fachmann interpretieren und auslegen kann, beispielsweise um für einen gewünschten Einsatzfall bei einem vorgegebenen Werkzeug und einem vorgegebenen Material ein passendes Schmiermittel wählen zu können.
9 verdeutlicht noch eine weitere Besonderheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung: So weist das Werkzeugmodul 22 weitere Kraftsensoren in Form von zwei Kraftmessdosen 31a und 31b auf. Diese Kraftsensoren 31a und 32b dienen der Fehlerdetektion. In diesem Sinne ist es gewünscht, die Kraft durch das Werkzeug 24 möglichst senkrecht auf den zu beaufschlagenden Blechstreifen aufzubringen. Hierbei kann es aber in der Praxis vor oder insbesondere auch bei dem Kontakt mit dem Blechstreifen zu Schrägstellungen oder Verkantungen des Werkzeughalters 25 bzw. der Basis des Werkzeugmoduls 22 kommen. Sind die beiden Messdosen 31a und 31b jedoch in Förderrichtung hintereinander angeordnet, so können derartige Verkantungen oder Schrägstellungen durch völlig unterschiedliche Messwerte in den beiden Messdosen detektiert werden. Bei einer normalen, unverkanteten bzw. nicht schräg gestellten Stellung des Werkzeuges auf dem Blechstreifen, werden die beiden Messdosen 31a und 31b in der Regel ähnliche Messwerte liefern. Eine große Differenz der Messwerte kann hingegen als Indikator für eine Fehlmessung gelten. In einer Vorrichtung des Standes der Technik sind derartige Detektionseinrichtungen in der Regel nicht vorgesehen und man kann nur durch ein unerwartet und offensichtlich fehlerhaftes Messergebnis auf Fehler in der Ausrichtung von Werkzeug bzw. Werkzeughalterung schließen.
10 zeigt eine weitere Besonderheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10. So ist in 10, im Vergleich zur 4, das Werkzeugmodul 22 aus dem Gehäuse 11 der Vorrichtung ausgebaut und durch ein Befettungsmodul 32 ersetzt worden. Das Befettungsmodul 32 befindet sich somit nunmehr an der Stelle des ausgebauten Werkzeugmoduls 22. Das Befettungsmodul 32 kann insbesondere Befettungsdüsen 33 aufweisen, welche dazu geeignet sind, den Blechstreifen 23 vor einer Beaufschlagung durch das Werkzeug 24 des Werkzeugmoduls 22, zunächst (jedenfalls an seiner Oberseite) mit Schmiermittel zu benetzen.
Üblicherweise wird die Auflagefläche 18 hierzu einmal unter den Befettungsdüsen 33 hindurchgefahren, also entgegen der Förderrichtung R und dann in die in 10 dargestellte Position in Förderrichtung R zurückverfahren. Anschließend können die Module 22 und 32 wieder ausgetauscht werden, um mit der Normalkraftaufbringung zu beginnen. Bezüglich 10 sei noch angemerkt, dass das Befettungsmodul 32 entweder einen eigenen Vorrat an Befettungsmittel in Form eines Tanks oder ähnlichem aufweisen kann oder Anschlussmöglichkeiten vorsieht, welche das Anschließen des Befettungsmoduls an einen externen oder einen in dem Gehäuse 11 aufbewarten Tank ermöglichen.
11 zeigt dann eine weitere Besonderheit, welche gleichfalls auf dem Austausch des Werkzeugmoduls 22 gegen ein anderes Modul beruht. So offenbart 11 an Stelle des ausgebauten Werkzeugmoduls 22 ein Alternativwerkzeugmodul 34, welches die Simulation in einem anderen Bereich des zu simulierenden Tiefzieh-Versuches (nämlich im Kantenbereich) ermöglicht. So ist der Blechstreifen 23 hier im Bereich seines zweiten Endes 28 durch eine Umlenkrolle 35 des Alternativwerkzeugmoduls 34 umgelenkt. Die Umlenkung erfolgt insbesondere senkrecht, bezüglich 11 nach oben. Als Gegenlager für den Blechstreifen 23 dient hierbei eine Haltebacke 36 des Alternativwerkzeugmoduls 34. Im Bereich dieser Haltebacke 36 kann der Blechstreifen 23 dann entlang einer im wesentlichen waagerechten Beaufschlagungsrichtung W von einem Werkzeug 24' normalbeaufschlagt werden.
Das Alternativwerkzeugmodul sieht hierbei insbesondere Kraftumlenkmittel vor, welche eine grundsätzlich senkrecht in Normalrichtung N wirkende Kraft in waagerechter Wirkrichtung W umlenken. Alternativ ist aber auch selbstverständlich eine grundsätzlich waagerechte Kraftaufbringung möglich.
Auch wenn die Kraft ausweislich 11 nunmehr auf eine stationäre Backe 36 einwirkt und nicht mehr auf einen verlagerbaren Untergrund, so wird doch die Wahrscheinlichkeit eines Reißens des Blechstreifens grundsätzlich minimiert, da ein Großteil des Streifens 23 weiter auf der Auflagefläche 18 aufliegt und mit dieser in Förderrichtung R mitverlagert wird.
Weiter vorteilhafterweise, aber in 11 nicht dargestellt, könnte auch an Stelle eines ganzen Alternativmoduls 34 lediglich ein Zusatzmodul vorgesehen werden, welches an das originäre Werkzeugmodul 22 gemäß 4 bis 6 zusätzlich angebracht wird. Das Zusatzmodul kann dabei für eine Umlenkung der senkrechten Kraft des Werkzeugmoduls 22 sorgen und zusätzlich eine Umlenkrolle und eine Haltebacke bereitstellen. Die Auflagefläche kann in beiden Fällen grundsätzlich eingekürzt werden.
Unabhängig von dem Alternativwerkzeugmodul verdeutlicht 11 noch eine weitere Besonderheit: So weist die schlittenartige Einrichtung 20 einen Alternativmesssensor 30a auf, welcher entweder alternativ oder ergänzend zu dem in 9 dargestellten Reibkraftsensor 30 an der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen werden kann. Dieser Sensor 30a dient somit, wie auch der Sensor 30, der Reibkraftmessung und kann an der Vorrichtung 10 unabhängig davon vorgesehen werden, ob in der Vorrichtung gerade das Alternativwerkzeugmodul 34 oder das Werkzeugmodul 22 (oder ein anderes Werkzeugmodul) eingesetzt ist. Sowohl Werkzeugmodul 22 als auch Alternativwerkzeugmodul 34 können jeweils einen eigenen Reibkraftsensor 30 aufweisen. Zusätzlich oder alternativ kann an dem Schlitten 20 der Reibkraftsensor 30a vorgesehen werden. Der Reibkraftsensor 30a ist dabei, wie in 11 gezeigt, zwischen dem der Auflagefläche 18 zugeordneten Längsbereich 20a und dem Kopfbereich 20b der schlittenartigen Einrichtung 20 angeordnet und verbindet diese beiden Abschnitte. Diese Verbindung ist dabei derart über den Reibkraftsensor 30 ausgestaltet, dass bei einer Verlagerung des Kopfbereiches 20b der schlittenartigen Einrichtung 20 der Längsbereich 20a über den Messsensor 30a nachgezogen wird und die Reibkraft auf diese Weise bestimmt werden kann. Die von der Messdose 30a ermittelte Reibkraft kann dann mit der Reibkraft des Sensors 30 verglichen werden, um eventuelle Diskrepanzen und Fehler der Messung zu detektieren. Vorzugsweise wird aber lediglich der Reibkraftsensor 30a eingesetzt und dessen Messergebnisse werden ausgewertet, ohne dass überhaupt ein weiterer Reibkraftsensor 30 (am Werkzeugmodul) vorgesehen ist.
12 verdeutlicht die grundsätzliche Auswechselbarkeit des Werkzeuges 24, bezogen auf das Werkzeugmodul 22 der 4 bis 6. So ist in der Explosionsdarstellung das Werkzeug 24 beabstandet von seiner Halterung 25 dargestellt, an welcher es mit Befestigungsmitteln 49 festlegbar ist. Die Halterung 25 weist einen T-förmigen Querschnitt auf, welcher das Einführen der Halterung 25 in ein Lager 37 des Werkzeugmoduls 22 entlang einer Einschubrichtung E ermöglicht. Das Lager 37 weist dabei eine komplementäre T-Nut auf. Die Halterung 25 kann somit nach Art einer T-Nut-Führung in das Lager 37 eingeschoben werden. Dies ermöglicht eine formschlüssige Lagerung der Werkzeughalterung 25 und somit auch des Werkzeuges 24 in dem Werkzeugmodul 22. Alternativ ist aber natürlich auch eine andere Querschnittform der Werkzeughalterung 25 möglich. Beispielsweise könnte eine Schwalbenschwanzführung genutzt werden.
Es ergeben sich aus dieser Art der modularen Anordnung des Werkzeuges verschiedene Möglichkeiten. So kann für verschiedene Werkzeuge 24 immer dieselbe Halterung 25 genutzt werden und diese dann mitsamt des jeweils ausgewählten Werkzeuges in die Nut 37 eingeschoben werden.
Alternativ kann aber auch jeweils eine eigene Werkzeughalterung 25 für jedes Werkzeug bereitliegen. Diese können dann als handhabbare Einheit bevorratet werden. So kann dann ein neues Werkzeug immer mitsamt einer neuen Halterung in das Werkzeugmodul 22 bzw. in die Vorrichtung eingeschoben und eingebaut werden.
Diese Arten der Halterung ermöglichen eine vorteilhafte Bevorratung, aber auch eine einfache Art der Auswechslung und der Simulierung unterschiedlichster Einsatzfälle.
Schließlich zeigt 13 eine letzte, wenn auch sehr wichtige Besonderheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung. So wurde in die Vorrichtung 10, nämlich im Bereich des Werkzeugmoduls 22, aber auf Höhe der Auflagefläche 23 ein Gegenlager 50 in die Vorrichtung eingesetzt. Hierzu wird die Auflagefläche 18 eingekürzt, nämlich insbesondere im Bereich des zweiten, in Förderrichtung R hinteren Endes 28 des Streifens 23 (vgl. 4). Das vordere Ende 27 des Streifens 23 liegt auf der eingekürzten Auflagefläche 23 auf und ist weiterhin in die Klemmeinheit 26 eingespannt. Insbesondere kann die Auflagefläche 18 hierzu einen Kopplungspunkt 52 aufweisen, welcher das Abnehmen und das Hinzufügen der restlichen Aufnahmefläche ermöglicht.
Für den Blechstreifen 23 bedeutet dies, dass er im Bereich der Klemmeinheit 26 weiterhin auf der Auflagefläche 18 gehalten ist, in einem bezüglich der Förderrichtung R hinteren Bereich jedoch mehr oder weniger frei steht und nur auf dem Gegenlager 50 aufliegt. Das Gegenlager 50 weist hierbei insbesondere eine Lagerwalze 51 auf, über deren Oberfläche der Blechstreifen 23 bei einer Förderung in Förderrichtung R abrollen kann. Die Walze 51 ist bei aktivierter Vorrichtung 10 insbesondere direkt unter dem Werkzeug 24 angeordnet.
Bei Betrieb der Vorrichtung hat dies zur Folge, dass das Werkzeug 24 den Blechstreifen 23 im Bereich der Walze 51 beaufschlagt, wodurch eine Art Gegenlager zu dem Werkzeug 24 erzeugt wird. Diese Ausgestaltung bietet somit eine gewisse Nachahmung des Streifen-Zieh-Versuches nach 2, indem die Normalkraft nicht auf eine vollständig mitverlagerte Unterfläche trifft, sondern zwischen zwei grundsätzlich in Förderrichtung stationären Backen eingeklemmt wird. Insbesondere kann die Walze 51 den Streifen 27 aber abrollen, wobei sie, beispielsweise bezüglich 13 im Uhrzeigersinn, rotiert.
Alternativ könnte auch eine Vorrichtung vorgesehen werden, bei der sogar auf die Walze 51 verzichtet wird und das Gegenlager 50 komplett als Backe (welche selbst in sich nicht verdrehbar ist) ausgebildet wird. Dies würde noch näher an den Streifen-Zieh-Versuch gemäß 2 erinnern. Hierbei würden aber weitere Reibkräfte zwischen den beiden Backen zu berücksichtigen sein. Die Walze 51 ermöglicht insofern eine auch rechnerisch einfachere Auswertung der ermittelten Daten.

Claims

Vorrichtung (10) zur Prüfung von Schmierstoffen der Blechumformung, umfassend eine Basis (15) zur Aufstellung der Vorrichtung (10) sowie eine Einrichtung zur Förderung eines mit Schmierstoff benetzten Blechstreifens (23) und ein Werkzeug (24) zur Beaufschlagung des Blechstreifens (23) mit einer Normalkraft, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) als Fördereinrichtung eine relativ zu Basis und Werkzeug verlagerbare Auflagefläche (18) für den Blechstreifen (23) vorsieht, welche Sicherungsmittel (26) zur Festlegung des Blechstreifens (23) an der verlagerbaren Auflagefläche (18) aufweist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die verlagerbare Auflagefläche (18) beheizt ist, insbesondere unter Verwendung einer mitverlagerbaren Heizeinheit (29), und/oder dass das Werkzeug (24) beheizt ist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) Montagemittel (37), z. B. nach Art einer Formschlussführung, aufweist, welche das Ersetzen des Werkzeuges (24) durch ein anders dimensioniertes und/oder geformtes Alternativwerkzeug ermöglichen, wobei die Werkzeuge (24) insbesondere an einer Werkzeughalterung (25) befestigbar sind welche unter Verwendung der Montagemittel (37) in die Vorrichtung (10) einsetzbar ist.
Vorrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Werkzeug (24) eine, insbesondere mindestens zwei Kraftsensoren (31a, 31b) umfassende, Detektionseinrichtung zugeordnet ist, welche eine zu vermeidende Verkantung oder Schrägstellung des Werkzeuges (24) relativ zu dem Blechstreifen (23) feststellen kann.
Vorrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) zur Schaltung in einen alternativen Messmodus ein dem Werkzeug (24) zugeordnetes Gegenlager (50), insbesondere in Form einer Walze (51) aufweist, welches zur Schaltung in den alternativen Messmodus modular in die Vorrichtung (10), insbesondere im Bereich der verlagerbaren Auflagefläche (18), einbaubar ist.
Vorrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) Halterungsmittel umfasst, die den Austausch eines das Werkzeug (24) aufweisenden Werkzeugmoduls (22) gegen ein Befettungsmodul (32) ermöglichen.
Vorrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorrichtung (10) ein Umlenkmodul (34) zugeordnet ist, welches modular an der Vorrichtung (10) anbringbar ist und eine Umlenkeinrichtung (35) für den Blechstreifen (23), insbesondere unter Änderung der Richtung der Normalkraft, bereitstellt.
Vorrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflagefläche (18) über die Basis (15) hinaus, und insbesondere über die Hüllkante des Vorrichtungsgehäuses” hinaus, verfahrbar ist.
Vorrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflagefläche (18) von einem Elektromotor (21) verlagerbar ist, insbesondere unter Verwendung eines Spindelgetriebes (19a, 19b, 20).
Verfahren zur Ermittlung von Reibwerten durch eine Simulation der Gegebenheiten bei einem Blechumformungsprozess unter Verwendung einer Vorrichtung (10) zur Prüfung von Schmierstoffen, insbesondere nach einem der voranstehenden Ansprüche, umfassend die Schritte: Auswählen eines Blechstreifens (23), eines Werkzeuges (24) und eines Schmierstoffes, Auftragen des Schmierstoffes auf den Blechstreifen (23), insbesondere durch ein Befettungsmodul (32) der Vorrichtung (10), welches weiter insbesondere anschließend gegen ein das Werkzeug (24) bereitstellende Werkzeugmodul (22) ausgetauscht wird, Festlegen des benetzten Blechstreifens (23) auf einer Auflagefläche (18) der Vorrichtung (10), Aufbringen einer Normalkraft auf den Blechstreifen (23) mit Hilfe des Werkzeuges (24), Verfahren von Auflagefläche (18) samt Blechstreifen (23) bei anliegender, insbesondere variierender, Normalkraft, Messen der Reibspannung bzw. der Reibkraft.