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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Pressumformwerkzeug zur Herstellung von Umformbauteilen für Kraftfahrzeuge, aufweisend ein Oberwerkzeug und ein Unterwerkzeug, welche zur Umformung aufeinander zu bewegt werden, gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Aus dem Stand der Technik ist die Herstellung von Kraftfahrzeugkarosserie- und Kraftfahrzeugstrukturbauteilen hinreichend bekannt. Zum Einsatz kommen metallische Werkstoffe, zumeist Bleche aus Aluminium oder aber Stahllegierungen, die umformtechnisch bearbeitet und somit zu dem Kraftfahrzeugbauteil mit gewünschter Geometrie hergestellt werden.
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Auch ist es bekannt, Kraftfahrzeugbauteile aus Faserverbundwerkstoffen herzustellen, wobei zumeist Faserwerkstoffe in Form von Matten, Geweben, Vliesen oder auch Gestricken mit Matrixharz versetzt in Form gebracht werden und zu dem gewünschten Bauteil mit der geforderten Geometrie aushärten.
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Insbesondere ist zur Herstellung der Umformbauteile die Pressumformung bekannt. Hierzu werden ein Oberwerkzeug und ein Unterwerkzeug bereitgestellt, wobei Oberwerkzeug und Unterwerkzeug aufeinander zu bewegt werden, was zumeist durch das Absenken des Oberwerkzeuges geschieht. Bei dem Umformvorgang wird dann das zwischen Oberwerkzeug und Unterwerkzeug befindliche Ausgangsmaterial, insbesondere eine Platine, umformtechnisch bearbeitet. Bei vollständig geschlossenem Oberwerkzeug und Unterwerkzeug verbleibt zwischen diesen ein Formhohlraum, der durch das dazwischen befindliche Material, insbesondere die umgeformte Platine, ausgefüllt ist. Mithin kommt die Platine an einer Werkzeugoberfläche des Oberwerkzeuges und einer Werkzeugoberfläche des Unterwerkzeuges zur Anlage und wird zwischen diesen zu der gewünschten Geometrie geformt.
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Ein solches Pressumformwerkzeug ist pro Pressentakt auf die Herstellung eines Bauteils begrenzt. Dies bedeutet, dass eine Platine in das Pressumformwerkzeug eingelegt wird und durch aufeinander zu bewegen von Oberwerkzeug und Unterwerkzeug umgeformt wird, so dass die Presse einen unteren Totpunkt erreicht und nach erneutem Öffnen der Presse kann das fertige Bauteil entnommen werden.
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Aus dem Stand der Technik sind weiterhin Pressumformwerkzeuge bekannt, bei denen zwei Bauteile gleichzeitig hergestellt werden, indem zwei formgebende Oberflächen nebeneinander angeordnet werden. Zur Herstellung beider Bauteile gleichzeitig ist jedoch dann mindestens die doppelte Umformkraft notwendig, da sich die notwendigen Umformkräfte beider nebeneinander liegenden Bauteile addieren. Eventuell auftretende Ungenauigkeiten bei der Formgebung eines Bauteils können sich dabei auch negativ auf die gleichzeitige Herstellung des benachbarten Bauteils auswirken.
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Aus der
DE 19 955 518 A1 ist ein Hochdruckumformwerkzeug bekannt, bei welchem in vertikaler Anordnung ein separates verfahrbares Mittelwerkzeug sowie ein Unterwerkzeug offenbart sind.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Möglichkeit aufzuzeigen, mehrere Pressumformbauteile bei verringertem Energie- und Krafteinsatz herzustellen, bei verkürzter Herstellungszeit gegenüber zwei einzeln und separat zueinander hergestellten Umformbauteilen.
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Die zuvor genannte Aufgabe wird mit einem Pressumformwerkzeug gemäß den Merkmalen im Patentanspruch 1 gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungsvarianten der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Das erfindungsgemäße Pressumformwerkzeug zur Herstellung von Umformbauteilen für Kraftfahrzeuge weist ein Oberwerkzeug und ein Unterwerkzeug auf, wobei Oberwerkzeug und Unterwerkzeug aufeinander zu bewegt werden. Es ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittelwerkzeug zwischen dem Oberwerkzeug und dem Unterwerkzeug eingegliedert ist, wobei zwischen dem Oberwerkzeug und dem Mittelwerkzeug sowie dem Mittelwerkzeug und dem Unterwerkzeug zwei Umformbauteile durch Pressumformen hergestellt werden.
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Oberwerkzeug, Mittelwerkzeug und Unterwerkzeug sind somit insbesondere auf eine Vertikalrichtung bezogen übereinander in Etagenbauweise angeordnet. Es ergibt sich somit ein Pressumformwerkzeug, welches erfindungsgemäß als Etagenwerkzeug ausgebildet ist. Die sich hierbei zwischen Oberwerkzeug und Mittelwerkzeug sowie Mittelwerkzeug und Unterwerkzeug ergebenden Formhohlräume, sofern diese durch aufeinander zu bewegen geschlossen sind, werden nachfolgend auch als Kavitäten bezeichnet sind.
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Im Rahmen der Erfindung ist es somit möglich, zwei Umformbauteile derart in einem zeitlichen Takt herzustellen, so dass durch beispielsweise Absenken des Oberwerkzeuges und dadurch bedingt Absenken des Mittelwerkzeuges beide Formhohlräume bzw. Kavitäten geschlossen werden und die dazwischen befindlichen Umformbauteile hergestellt werden. Der positive Effekt dieser Reihenschaltung des Etagenwerkzeuges liegt insbesondere darin, dass die erforderliche Umformkraft bei der Herstellung eines einzelnen Bauteils im Wesentlichen gleichbleibend ist. Im Gegensatz zur Herstellung von zwei parallel nebeneinander liegenden Umformbauteilen, bei denen die doppelte Umformkraft notwendig ist, ergibt sich bei der erfindungsgemäßen Reihenschaltung der Kavitäten kein signifikanter Anstieg der erforderlichen Umformkraft gegenüber einem einzelnen herzustellenden Umformbauteil. Die Umformkräfte und Flächenpressungen werden aufgrund der Reihenschaltung durchgeleitet. Dies ist als Vorteil gegenüber parallel nebeneinander angeordneten Kavitäten zu sehen, bei denen sich die Umformkräfte entsprechend addieren. Es können somit zwei Umformbauteile in einem zeitlichen Rahmen, insbesondere gleichzeitig, hergestellt werden, bei gleichbleibender Umformkraft und somit gleichbleibendem Energieeinsatz für den reinen Umformprozess. Eine Steigerung bei der für die Umformung benötigten Energie wird lediglich darin verzeichnet, dass das Mittelwerkzeug durch ein Stellglied bevorzugt durch pneumatische oder aber auch mechanische Federelemente angehoben wird, um insbesondere den auf die Vertikalrichtung bezogenen unteren Formhohlraum bzw. die untere Kavität nach Abschluss des Umformprozesses wieder freizugeben. Bei Schließen der Werkzeuge muss somit der Stellkraft dieses Stellgliedes entgegengewirkt werden, was eine geringfügige Erhöhung der Umformkraft bedeutet.
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Es bedarf ferner einer Verlängerung des Gesamthubweges zwischen Oberwerkzeug und Unterwerkzeug, was jedoch aufgrund der sich ergebenden Synergieeffekte bei gleichzeitiger Herstellung von zwei Umformbauteilen derart in der Werkzeugkonzeptionierung ausgelegt werden kann, dass der Hubweg nicht verdoppelt werden muss. Es muss lediglich ein fehlerfreies Einlegen zunächst eines ebenen Ausgangsmaterials, insbesondere einer Blechplatine, und die nach Abschluss des Umformvorganges kontaktfreie Entnahmemöglichkeit des hergestellten Umformbauteils sichergestellt werden.
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Weiterhin ergibt sich der Vorteil bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung insbesondere bei der Umformung von Blechbauteilen darin, dass eine Ausgleichsmöglichkeit zum Herstell-Toleranzausgleich in jeder Kavität, mithin bei jedem geschlossenen Formhohlraum, möglich ist, insbesondere ohne dass auftretende Toleranzen oder Toleranzausgleiche sich nachteilig auf die Herstellung des anderen Bauteils auswirken, da jedes Bauteil umformtechnisch für sich autark hergestellt wird. Dies ist insbesondere ein Vorteil des Herstellvorgangs gemäß zwei parallel benachbarter Kavitäten.
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Bevorzugt ist eine Linearführung, insbesondere des Mittelwerkzeugs, in horizontaler Richtung über Gummilager ausgebildet. Bei geteiltem Mittelwerkzeug erfolgt eine Selbstausrichtung beider Segmente zueinander und jeweils zu Oberwerkzeug bzw. Unterwerkzeug.
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Weiterhin besonders bevorzugt ist es im Rahmen der Erfindung möglich, dass zwei oder gar drei Mittelwerkzeuge eingesetzt werden, so dass drei oder auch vier Umformbauteile mit einem Pressenhub hergestellt werden. Im Rahmen der Erfindung wäre es theoretisch auch möglich, weitere Mittelwerkzeuge einzusetzen, wobei hier neben des Aufwandes des Anhebens von mehreren übereinander gestapelten Mittelwerkzeuge auch der organisatorische Aufwand zum Einlegen von Platinen sowie zur Entnahme von hergestellten Bauteilen berücksichtigt werden muss.
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Das erfindungsgemäße Pressumformwerkzeug ist insbesondere als Etagenpressumformwerkzeug ausgebildet und dient bevorzugt der Umformung von Metallplatinen. Hierbei können Platinen aus Aluminiumlegierungen oder aber auch aus Stahllegierungen zur Herstellung von Kraftfahrzeugbauteilen umgeformt werden. Weiterhin besonders bevorzugt ist das Pressumformwerkzeug als Warmumformwerkzeug ausgebildet. Es können somit die Platinen im erwärmten Zustand in das Pressumformwerkzeug eingelegt und im warmen Zustand umgeformt werden. Auch ist es im Rahmen der Erfindung vorstellbar, dass in dem Pressumformwerkzeug Heizelemente angeordnet sind, beispielsweise Heizpatronen oder aber Induktoren, besonders bevorzugt auch nur partiell, so dass Bereiche des Werkzeugs während der Umformung erwärmt werden können oder aber gezielt warmgehalten werden können, insbesondere zur Erreichung einer höheren Duktilität und/oder besseren Umformbarkeit der Platine. Das Pressumformwerkzeug ist als Warmumform- und Presshärtewerkzeug ausgebildet, so dass im Anschluss an den Umformvorgang ein derartiges Abkühlen der im warmen Zustand umgeformten, insbesondere Stahlbauteile, erfolgt, dass diese durch das Abkühlen gehärtet werden. Hierzu weisen dann Unterwerkzeug, Mittelwerkzeug und/oder Oberwerkzeug Kühlkanäle oder aber ein Kühlkanalsystem auf, das weiterhin besonders bevorzugt separat voneinander ansteuerbar ist. Insbesondere sind die Kavitäten separat voneinander kühlbar. Im Falle der oben erwähnten Heizelemente ist der übrige Bereich, der geheizt wird, entweder vollständig von den gekühlten Bereichen zu isolieren oder aber die Kühlung separat bzw. zur Feinjustierung zuschaltbar.
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Die Taktzeit beträgt zum Warmumformen und Presshärten im erfindungsgemäßen Etagenwerkzeug insbesondere weniger als 20 Sekunden, bevorzugt weniger als 12 Sekunden und beschreibt den Zeitraum zwischen maximalem Abstand von Oberwerkzeug und Unterwerkzeug (oberer Totpunkt) und minimalem Abstand zwischen Oberwerkzeug und Unterwerkzeug, den sogenannten unteren Totpunkt.
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Insbesondere bietet sich das Pressumformwerkzeug zur Verarbeitung von Organoblechen an. Nach dem Öffnen mindestens einer Kavität wird in diese eine entsprechende Platine bevorzugt als Organoblech eingelegt, wobei dieses bevorzugt in dem Pressumformwerkzeug selbst beheizt wird. Das Organoblech wird sodann umgeformt und verpresst und durch Abkühlen ausgehärtet. Insbesondere erfolgt dies dann unter Einsatz einer thermisch härtbaren Matrix. Diese Bauteile können dann ebenfalls wiederum gleichzeitig hergestellt werden. Bevorzugt kann das Mittelwerkzeug als Kühlwerkzeug ausgebildet sein, mit zwei Formsegmenten.
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In einer alternativen Ausgestaltungsvariante der vorliegenden Erfindung ist es vorstellbar, dass das Oberwerkzeug und das Unterwerkzeug auf eine Absolutposition bezogen lagefixiert sind. Durch ein Verschieben, insbesondere durch ein Auf- und Abbewegen nur des Mittelwerkzeuges, wird dann wechselweise die obere Kavität, mithin zwischen Mittelwerkzeug und Oberwerkzeug, und anschließend daran durch Verfahren des Mittelwerkzeuges die untere Kavität zwischen Mittelwerkzeug und Unterwerkzeug geöffnet und geschlossen. Es können somit jeweils abwechselnd Bauteile hergestellt werden, wobei die für die Bewegung des Öffnungsvorganges eingesetzte Energie gleichzeitig für den Schließvorgang der jeweils anderen Kavität genutzt wird. Aufgrund dieses Synergieeffektes wird insbesondere wiederum Energie beim Öffnen und Schließen der Umformwerkzeuge eingespart.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltungsvariante des Pressumformwerkzeuges, insbesondere zur Herstellung von Faserverbundwerkstoffbauteilen, können die einzelnen Etagen bzw. Kavitäten des Pressumformwerkzeuges als einzelne Fertigungsschritte bzw. Umformstufen genutzt werden. Mithin wäre es möglich, in einer oberen Kavität das Organoblech vorzuformen und/oder aufzuschmelzen. Durch ein Öffnen des Mittelwerkzeuges, beispielsweise ist das Mittelwerkzeug hierzu in der Mitte teilbar und/oder klappbar ausgestaltet, würde das so vorgeformte und/oder erhitzte Organoblech in die darunter befindliche Kavität fallen und hier in einem Pressschritt weiter geformt und/oder ausgehärtet werden. Bei optionaler Eingliederung eines dritten Umformschrittes würde auch das nunmehr sich am Ende des zweiten Umformvorganges befindliche untere Mittelwerkzeug öffnen und/oder teilen bzw. klappen, so dass das fertig gepresste Faserverbundwerkstoffbauteil in die unterste Kavität fällt und hier in einem Beschneide- und/oder Stanzvorgang zur Bauteilendkontur verarbeitet wird. Hierdurch ergibt sich wiederum der Vorteil, dass hierbei die einzelnen Schritte bei Absenken von Oberwerkzeug und Mittelwerkzeug, insbesondere Oberwerkzeug und die beiden Mittelwerkzeuge im Falle von drei Schritten jeweils gleichzeitig ausgeführt werden und eine Serienfertigung in Reihe auf nur einem Pressumformwerkzeug durchgeführt wird, für die normalerweise drei voneinander separate Pressumformwerkzeuge notwendig wären.
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Besonders bevorzugt wird das erfindungsgemäße Pressumformwerkzeug als Etagenwerkzeug jedoch zur Umformung von Metallbauteilen eingesetzt. Hierzu werden insbesondere zwei verschiedene Herstellungsverfahren angewendet. Das Werkzeug ist vollständig geöffnet, mithin sind obere Kavität und untere Kavität geöffnet. Es wird in jede Kavität eine Platine eingelegt. Oberwerkzeug und Unterwerkzeug werden aufeinander zu bewegt, insbesondere wird das Oberwerkzeug abgesenkt. Gleichzeitig wird dabei auch das Mittelwerkzeug durch eine aufgebrachte Pressenkraft mitbewegt. Beide Platinen werden gleichzeitig hergestellt. Dies bedeutet im Rahmen der Erfindung, dass die Umformgrade bzw. der Fortschritt des Umformprozesses an beiden Bauteilen, insbesondere bei identischen Bauteilen, zu jedem Zeitpunkt des Umformvorganges annähernd gleich sind.
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In einer zweiten bevorzugten Betriebsvariante des erfindungsgemäßen Pressumformwerkzeuges wird ebenfalls wiederum das Werkzeug vollständig geöffnet und die obere Kavität und die untere Kavität vollständig geöffnet und jeweils eine Metallplatine eingelegt. Sodann wird eine Pressenkraft aufgebracht, wobei zunächst die Platine in einer ersten Kavität zumindest teilgeformt, bevorzugt vollständig geformt wird und anschließend der Umformvorgang in der zweiten Kavität beginnt, bis auch diese vollständig umgeformt wird. Diese Variante ist insbesondere durchführbar bei aktiv ansteuerbaren Stellmitteln, mit denen insbesondere das Mittelwerkzeug am Oberwerkzeug und/oder Unterwerkzeug gekoppelt ist. Beispielsweise könnte ein ansteuerbarer Stellaktuator zunächst blockiert werden, beispielsweise könnte hierzu bei Abstützen des Mittelwerkzeugs an dem Unterwerkzeug ein Stellaktuator zunächst derart blockiert werden, dass sich nur die Kavität zwischen Oberwerkzeug und Mittelwerkzeug schließt und nach Abschluss des dort durchgeführten Umformvorganges und geschlossener oberer Kavität der Umformvorgang in der darunter befindlichen Kavität, mithin der Kavität zwischen Mittelwerkzeug und Unterwerkzeug beginnen, aufgrund eines Entriegelns des Stellaktuators.
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Insbesondere sind dazu Oberwerkzeug, Mittelwerkzeug und Unterwerkzeug bezogen auf die Vertikalrichtung linear geführt gelagert. Hierzu können insbesondere Oberwerkzeug, Mittelwerkzeug und Unterwerkzeug an einer Linearführung gelagert sein. Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch auch vorstellbar, dass Unterwerkzeug und Mittelwerkzeug eine Linearführung aufweisen und eine davon verschiedene Linearführung zwischen Oberwerkzeug und Unterwerkzeug ausgebildet ist. Weiterhin vorstellbar ist es im Rahmen der Erfindung, dass Unterwerkzeug und Mittelwerkzeug eine Linearführung aufweisen und Mittelwerkzeug und Oberwerkzeug eine davon verschiedene Linearführung aufweisen.
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Bevorzugt ist das Oberwerkzeug und das Unterwerkzeug unmittelbar mit der Umformpresse gekoppelt. Das Mittelwerkzeug ist dazu bevorzugt mit dem Oberwerkzeug und/oder Unterwerkzeug gekoppelt, so dass sich eine Schließbewegung und/oder ein Öffnen von Oberwerkzeug und/oder Unterwerkzeug auch auf das Mittelwerkzeug überträgt und dieses ebenfalls geschlossen oder aber geöffnet wird.
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Bevorzugt ist hierzu das Mittelwerkzeug über Stellaktuatoren gegenüber dem Unterwerkzeug gelagert. In einfachster mechanischer Ausgestaltung sind das Druckfedern, die bei Öffnen des Werkzeuges aufgrund der Druckkraft der Druckfeder das Mittelwerkzeug gegenüber dem Unterwerkzeug anheben und ohne Aufbringen einer Pressenkraft für einen entsprechenden Abstand zwischen Unterwerkzeug und Mittelwerkzeug sorgen. Bei Schließen des Umformwerkzeuges wird dann das Mittelwerkzeug entgegen der Federkraft auf das Unterwerkzeug zubewegt, so dass die zwischen Mittelwerkzeug und Unterwerkzeug befindliche Kavität geschlossen wird. Auch können die Stellaktuatoren in Form von pneumatischen Vorrichtungen ausgebildet sein. Hierzu ergibt sich insbesondere der Vorteil, dass diese steuerbar oder regelbar sind, so dass insbesondere bei Durchführung des Absenkvorganges, mithin des Umformvorganges, die durch die pneumatische Stellvorrichtung aufgebrachte Kraft verringert wird und nicht der zur Umformung erforderlichen Pressenkraft entgegenwirkt. Auch wäre es im Rahmen der Erfindung vorstellbar, elektromechanische oder aber elektrische sowie insbesondere auch hydraulische Stellmittel, insbesondere Stellaktuatoren, vorzusehen.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltungsvariante sieht vor, dass das Mittelwerkzeug an dem Oberwerkzeug aufgehangen wird. Insbesondere erfolgt dies mit Koppelmitteln, welche insbesondere als Koppelstangen und/oder auch als Koppelseile oder Koppeldrähte ausgebildet sein können. Bei Anheben des Oberwerkzeuges wird zunächst das Oberwerkzeug von dem Mittelwerkzeug entfernt und somit die obere Kavität geöffnet. Erreichen nunmehr die Koppelmittel einen Endabschnitt, so ragen diese zumindest durch das Mittelwerkzeug hindurch und werden aufgrund des Öffnungsvorganges relativbeweglich gegenüber dem Mittelwerkzeug durch Öffnungen oder Halter am Mittelwerkzeug gezogen. Bei Erreichen eines Endabschnittes gelangen diese formschlüssig zum Eingriff und das Mittelwerkzeug wird aufgrund eines weiteren Öffnungsvorganges des Oberwerkzeuges mit angehoben. Hierdurch wird dann auch die untere Kavität zwischen Mittelwerkzeug und Unterwerkzeug geöffnet. Der Pressumformvorgang erfolgt dann in umgekehrter Reihenfolge. Zunächst gelangen Mittelwerkzeug und Unterwerkzeug in einen Anlagenkontakt, so dass sich dann wiederum die Koppelmittel durch das Mittelwerkzeug absenken. Aufgrund des Eigengewichtes des Mittelwerkzeuges kann hier bereits eine Vorformung in der unteren Kavität erfolgen. Dieser Absenkvorgang wird solange durchgeführt bis das Oberwerkzeug mit dem Mittelwerkzeug und dazwischen befindlichem umzuformenden Werkstück ebenfalls in Anlage kommen. Sodann wird die Pressenkraft aufgebracht und beide Kavitäten werden zeitgleich oder aber mit verschiedenem Eigengewicht zeitlich versetzt zueinander geschlossen bis zum unteren Totpunkt der Presse des Umformwerkzeuges, so dass beide Bauteile umgeformt sind. Anschließend erfolgt der zuvor beschriebene Öffnungsvorgang mit Anheben des Mittelwerkzeuges aufgrund einer Koppelung an dem Oberwerkzeug.
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Im Rahmen der Erfindung ist auch eine Kombination aus einer Koppelung von Mittelwerkzeug am Oberwerkzeug und/oder Unterwerkzeug vorstellbar. Im Falle von mehreren Mittelwerkzeugen ist es im Rahmen der Erfindung ebenfalls vorstellbar, ein Mittelwerkzeug am Unterwerkzeug und ein Mittelwerkzeug am Oberwerkzeug zu koppeln. Auch können die Mittelwerkzeuge untereinander gekoppelt werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale, Aspekte und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung. Bevorzugte Ausführungsvarianten werden in den schematischen Figuren dargestellt. Diese dienen dem einfachen Verständnis der Erfindung. Es zeigen:
- 1 ein erfindungsgemäßes Pressenumformwerkzeug als Etagenwerkzeug mit Druckfedern,
- 2 eine alternative Ausgestaltungsvariante gemäß 1 mit pneumatischen Stellelementen,
- 3 eine Ausgestaltung gemäß 1 mit zwei Mittelwerkzeugen und zwei Kavitäten,
- 4 eine alternative Ausgestaltungsvariante zu 1 zur Herstellung von je zwei benachbarten Bauteilen gleichzeitig,
- 5 eine weitere alternative Ausgestaltungsvariante zu 1 mit dünnerem Mittelwerkzeug,
- 6 eine alternative Ausgestaltungsvariante zu 2 zur gleichzeitigen Herstellung von drei Umformbauteilen, wobei zwei voneinander verschieden sind,
- 7 eine Ausgestaltungsvariante eines Pressumformwerkzeuges mit separater Führung des Mittelwerkzeuges,
- 8 eine weitere alternative Ausgestaltungsvariante des Pressumformwerkzeuges gemäß 7 mit aufgehängtem Mittelwerkzeug,
- 9 eine alternative Ausgestaltungsvariante des Pressumformwerkzeuges mit austauschbaren Formsegmenten und
- 10 ein Umformwerkzeug gemäß 7 mit Heizpatronen.
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In den Figuren werden für gleiche oder ähnliche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet, auch wenn eine wiederholte Beschreibung aus Vereinfachungsgründen entfällt.
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1 zeigt ein erfindungsgemäßes Pressumformwerkzeug P aufweisend ein Oberwerkzeug 1 und ein Unterwerkzeug 2 unter Eingliederung eines Zwischenwerkzeuges als Mittelwerkzeug 3. Das Oberwerkzeug 1 weist dabei eine nach unten gerichtete Formfläche 4 auf, die mit einer oberen Formfläche 5 des Mittelwerkzeugs eine obere Kavität Ko bei geschlossenem Umformwerkzeug ausbildet. Weiterhin dargestellt ist eine untere Formfläche 6 des Mittelwerkzeuges 3, die mit einer Formfläche des Unterwerkzeuges 7 bei geschlossenem Pressumformwerkzeug P ebenfalls unter Ausbildung eines verbleibenden nicht näher dargestellten Formhohlraumes eine zweite bzw. untere Kavität Ku ausbildet. Ferner dargestellt sind Kühlkanäle 8 in Form von Kühlkanalbohrungen, die sich jeweils durch Oberwerkzeug 1, Mittelwerkzeug 3 und Unterwerkzeug 2 in der Nähe der Formflächen 4 erstrecken, um gegebenenfalls dazwischen eingelegte Platinen 9, insbesondere nach Abschluss des Umformvorganges, zu kühlen. Weiter dargestellt ist eine lineare Führung 10, an der bezogen auf die Vertikalrichtung V, Oberwerkzeug 1 und Mittelwerkzeug 3 in Verbindung mit dem Unterwerkzeug 2 stehen und linear geführt sind. Das Oberwerkzeug 1 ist zusätzlich an einem oberen Pressenteil 11 aufgehangen, so dass es auf die Vertikalrichtung V bezogen auf- und abfahrbar ist. Damit nunmehr auch das Mittelwerkzeug 3 geöffnet oder aber geschlossen wird, sind in 1 dargestellt Druckfedern 12, die ohne Ausübung einer Pressenkraft durch das Oberwerkzeug 1 dafür sorgen, dass das Mittelwerkzeug 3 gegenüber dem Unterwerkzeug 2 angehoben ist. Fährt nunmehr das Oberwerkzeug 1 in Richtung des Unterwerkzeuges 2 zu, so wird auch das Unterwerkzeug 2 entgegengesetzt der durch die Druckfeder 12 ausgeübten Druckfederkraft abgesenkt und formt dabei auch die in der zweiten Kavität bzw. unteren Kavität Ku eingelegte Platine 9 zu einem Umformbauteil um.
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Hiervon unterscheidet sich die Darstellung gemäß 2 dadurch, dass das Mittelwerkzeug 3 nicht über Druckfedern, sondern über pneumatische Stellaktuatoren 13 gelagert ist. Die pneumatischen Stellaktuatoren 13 sind dabei derart ansteuerbar, dass beispielsweise, wenn das Oberwerkzeug 1 das Mittelwerkzeug 3 erreicht, der pneumatische Druck langsam abgelassen wird, so dass die Pressenkraft des oberen Pressenteils 11 nicht entgegengesetzt der Druckkraft der Stellaktuatoren 13 wirken muss, sondern lediglich die Umformkraft aufbringen muss, welche erfindungsgemäß sich nicht addiert, sondern aufgrund der Reihenschaltung annähernd identisch ist mit der erforderlichen Umformkraft zur Umformung nur einer Platine 9. Alternativ kann auch der pneumatische Stellaktuator 13 nach dem Prinzip einer Gasfeder ausgebildet sein. Nach der Umformung während der Haltezeit im unteren Totpunkt wird der Schließdruck durch die Presse allein aufgebracht, um insbesondere eine rasche Abkühlung und Presshärtung des Bauteils zu gewährleisten.
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3 zeigt eine Ausführungsvariante analog zu 1 mit der Ausnahme, dass zwei Mittelwerkzeuge 3, 14, mithin ein zusätzliches zweites Mittelwerkzeug 14, eingegliedert sind. Das zweite Mittelwerkzeug 14 weist wiederum eine obere Formfläche 15 und eine untere Formfläche 16 auf, wobei dann hierbei die obere Seite des zweiten Mittelwerkzeugs 14 mit einer Platine 9 zur Anlage kommt und mit der Formfläche 4 des Oberwerkzeugs 1 eine obere Kavität Ko ausbildet. Gleichzeitig bildet eine untere Formfläche 16 mit der oberen Formfläche 5, in diesem Fall des ersten Mittelwerkzeuges 3, unter Eingliederung einer Platine 9 eine zweite Kavität Ku aus und die untere Formfläche 6 mit der Formfläche 7 des Unterwerkzeuges 2 eine dritte Kavität K3. Eingegliedert sind zwischen den einzelnen Werkzeugen 2, 3 und 14 wiederum Druckfedern 12. Nunmehr kann das Pressumformwerkzeug P derart betrieben werden, dass zunächst die oberste Platine 9 umgeformt wird und bei aufeinander zu bewegtem Oberwerkzeug 1 auf das zweite Mittelwerkzeug 14 anschließend dann das zweite Mittelwerkzeug 14 und das untere Mittelwerkzeug 3 abgesenkt werden. Alternativ können die einzelnen Druckfedern 12 auch derart ausgelegt sein, dass zunächst dann das zweite Mittelwerkzeug 14 mit dem ersten Mittelwerkzeug 3 aufeinander zu bewegt werden und bei geschlossenem Oberwerkzeug 1 und oberem Mittelwerkzeug 3 unter Eingliederung einer Platine 9 und aneinander liegenden Mittelwerkzeugen 3, 14 dann diese wiederum auf das Unterwerkzeug 2 zubewegt werden. Mithin werden von oben nach unten alle drei Platinen 9 zeitlich direkt unmittelbar nacheinander umgeformt.
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4 zeigt eine weitere Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Pressenwerkzeuges P. Im Unterschied zu der Ausführungsvariante gemäß 1 sind pro sich ergebender Kavität Ko, Ku zwischen Oberwerkzeug 1 und Mittelwerkzeug 3 sowie Mittelwerkzeug 3 und Unterwerkzeug 2 nicht eine Platine 9, sondern zwei Platinen 9 nebeneinander eingelegt, so dass diese gleichzeitig pro Kavität umgeformt werden. Mithin werden mit einem in 4 dargestellten Pressenhub bis zu vier Umformbauteile gleichzeitig hergestellt. Abhängig ist dies von der Größe der umzuformenden Bauteile sowie der dabei auftretenden Umformkräfte. Insbesondere ersichtlich ist, dass auf diese Weise kleinere Umformbauteile, mithin kleinere Platinen 9 oder einfache Bauteilgeometrien gegenüber der Ausgestaltungsvariante gemäß 1 umformtechnisch hergestellt werden.
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5 zeigt eine alternative Ausgestaltungsvariante zu 1 mit der Besonderheit eines in Relation zu dem Oberwerkzeug 1 und/oder Unterwerkzeug 2 dünn ausgelegten Mittelwerkzeuges 3. Der Vorteil hierbei ist, dass die Kühlkanäle 8 in dem Mittelwerkzeug 3 gleichsam die obere Formfläche 5 und die untere Formfläche 6 des Mittelwerkzeuges 3 kühlen, so dass nicht in dem Mittelwerkzeug 3 selber nochmals zwei Kühlkanalsysteme getrennt nach Ober- und Unterkavität Ko, Ku betrieben werden müssen. Bevorzugt können auch die Kühlkanäle 8 gemäß dieser Ausgestaltungsvariante bei dünnem Mittelwerkzeug 3 größer oder dichter dimensioniert sein, als die Kühlkanäle 8 des Oberwerkzeuges 1 und des Unterwerkzeuges 2, so dass der an das Mittelwerkzeug 3 von der oberen Kavität Ko und der unteren Kavität Ku erfolgte Wärmeeintrag gleichsam abtransportierbar ist. Das gleiche Funktionsprinzip wäre auch für Heizpatronen/Induktoren denkbar.
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6 zeigt eine analoge Ausgestaltungsvariante des Umformwerkzeuges gemäß 2, wobei hier in der unteren Kavität Ku eine Platine 9 zu einem Umformbauteil umgeformt wird und in der oberen Kavität Ko zwei in Relation dazu kleinere Platinen zu einem entsprechenden Bauteil umgeformt werden. Im Rahmen der Erfindung ist hierunter insbesondere zu verstehen, dass zwei Umformbauteile hergestellt werden, wobei beide Bauteile eine voneinander abweichende Geometrie besitzen. Mithin ein Bauteil ist größer und das andere Bauteil ist kleiner oder die Bauteile haben voneinander verschiedene geometrische Ausgestaltungen. Bevorzugt werden in einer Kavität dann zwei Umformbauteile, insbesondere zwei gleiche Umformbauteile, hergestellt und in einer anderen Kavität ein davon verschiedenes Umformbauteil, insbesondere zwei Umformbauteile. Mithin unterscheiden sich die zwei Umformbauteile der oberen Kavität von den zwei Umformbauteilen der unteren Kavität, wobei hingegen die beiden Bauteile der oberen Kavität und die beiden Bauteile der unteren Kavität jeweils gleich ausgebildet sind. Alternativ ist die dortige Ausgestaltungsvariante natürlich auch mit Druckfedern durchführbar. Insbesondere ist hier jedoch ein aktiv einstellbarer Stellaktuator, beispielsweise in Form eines pneumatischen Stellaktuators 13, vorgesehen, so dass auf die unterschiedlich auftretenden Druckkräfte bezüglich der voneinander verschiedenen Platinengrößen bezüglich des Schließvorganges in oberer und unterer Kavität durch Veränderung der auf den Stellaktuator gebrachten Druckkraft reagiert werden kann.
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7 zeigt eine alternative Ausgestaltungsvariante zu 1, wobei im Unterschied dazu das Mittelwerkzeug 3 eine separate lineare Führung 17 aufweist. An dieser linearen Führung 17 sind gleichsam auch wiederum Druckfedern 12 angeordnet, die bei dem Mittelwerkzeug 3 zu einem Öffnen bzw. Anheben führen, sofern keine Druckkraft durch das Oberwerkzeug 1 auf das Mittelwerkzeug 3 aufgebracht ist.
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8 zeigt eine alternative Ausgestaltungsvariante zur 7, bei der ebenfalls das Mittelwerkzeug 3 eine separate lineare Führung 17 aufweist und somit getrennt von Oberwerkzeug 1 und Unterwerkzeug 2 ebenfalls linear geführt ist. Damit nunmehr das Oberwerkzeug 1 geöffnet wird, ist bei der Ausgestaltungsvariante gemäß 8 das Mittelwerkzeug 3 über Koppelmittel 18 an dem Oberwerkzeug 1 aufgehangen. Diese Koppelmittel 18 sorgen somit bei Erreichen des Endanschlages dafür, dass bei weiterer Aufwärtsbewegung des Oberwerkzeuges 1 das Mittelwerkzeug 3 eine Aufwärtsbewegung in Vertikalrichtung erfährt. Die Koppelmittel 18 können beispielsweise durch Koppelstäbe oder aber auch Koppelseile ausgebildet sein, so dass diese, nicht näher dargestellt, das Mittelwerkzeug 3 durchgreifen und in das Unterwerkzeug 2 einfahren.
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9 zeigt eine weitere Ausgestaltungsvariante zu 2, wobei jeweils in dem Oberwerkzeug 1 und dem Unterwerkzeug 2 Formsegmente 19 eingesetzt sind. Diese Formsegmente 19 sind austauschbar, was in Verbindung mit einem austauschbaren Mittelwerkzeug 3, insbesondere hier dargestellt einem teilbaren austauschbaren Mittelwerkzeug 3, einen schnellen Wechsel oder aber eine bauteilübergreifende Verwendung eines erfindungsgemäßen Pressumformwerkzeuges P ermöglicht. So müssen bei der Herstellung verschiedener Bauteile, beispielsweise der Wechsel in der Produktion von A-Säule zu B-Säule, nicht vollständig Oberwerkzeug 1 und Unterwerkzeug 2, sondern lediglich die Formsegmente 19 sowie gegebenenfalls das entsprechende Mittelwerkzeug 3 ausgetauscht werden. Außerdem kann für beide Formsegmente auf den identischen Ersatzteilbestand zurückgegriffen werden, im Sinne einer Gleichteilestrategie, was auch für die beiden teilbaren Mittelwerkzeugsegmente 3' angedeutet ist.
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10 zeigt eine weitere alternative Ausgestaltungsvariante zu einem Pressumformwerkzeug P gemäß 7. Hierbei sind zusätzlich noch Heizelemente in Form von Heizpatronen 20 zur partiellen Erwärmung einzelner Werkzeugbereiche angeordnet, um die insbesondere warmumgeformte Platine während des Presshärtens partiell langsamer abzukühlen oder auf einer Warmformtemperatur zu halten, in jedem Fall aber ein vollständiges Härten, mithin eine vollständige martensitische Gefügeumwandlung zu verhindern.
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Bezugszeichenliste
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- 1 -
- Oberwerkzeug
- 2 -
- Unterwerkzeug
- 3 -
- Mittelwerkzeug
- 3' -
- Mittelwerkzeugsegment
- 4 -
- Formfläche zu 1
- 5 -
- obere Formfläche zu 3
- 6 -
- untere Formfläche zu 3
- 7 -
- Formfläche zu 2
- 8 -
- Kühlkanäle
- 9 -
- Platinen
- 10 -
- lineare Führung
- 11 -
- Pressenteil
- 12-
- Druckfeder
- 13 -
- pneumatische Stellaktuatoren
- 14 -
- zweites Mittelwerkzeug
- 15 -
- obere Formfläche zu 14
- 16 -
- untere Formfläche zu 14
- 17 -
- separate lineare Führung
- 18 -
- Koppelmittel
- 19 -
- Formsegmente
- 20 -
- Heizelement
- P
- - Pressumformwerkzeug
- V
- - Vertikalrichtung
- Ko
- - obere Kavität
- Ku
- - untere Kavität
- K3
- - dritte Kavität
