DE102017200022A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Umformen von Bauteilen und Kraftfahrzeug - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zum Umformen von Bauteilen und Kraftfahrzeug Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Umformen von Bauteilen, insbesondere zum Tiefziehen von Blechzuschnitten, sowie ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Personenkraftwagen.Es wird eine Vorrichtung (10) zum Umformen von Bauteilen (20) und insbesondere zum Tiefziehen von Blechzuschnitten zur Verfügung gestellt. Diese umfasst einen Stempel (14) zur Ausübung von Umformkraft auf einen ersten Bereich (131) des Bauteils (20) zwecks Umformung des Bauteils (20). Weiterhin umfasst die Vorrichtung einen ersten Niederhalter (21) zur Ausübung einer ersten Niederhaltungskraft auf zumindest einen zweiten Bereich (132) des Bauteils (20) entlang einer Anpressrichtung, sowie ein erstes Gegenelement (351) zur Ausübung einer der ersten Niederhaltungskraft entgegenwirkenden ersten Stützkraft. Dabei weist die Vorrichtung (10) eine erste Positionierungseinrichtung (24) auf, mit der der erste Niederhalter (21) zumindest bereichsweise hinsichtlich seines Abstandes zum ersten Gegenelement (351) und/oder seiner auf das Bauteil (20) wirkenden ersten Niederhaltungskraft unterschiedlich einstellbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Umformen von Bauteilen, insbesondere zum Tiefziehen von Blechzuschnitten, sowie ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Personenkraftwagen.
  • Die Herstellbarkeit von Bauteilen beim Umformen, insbesondere beim Tiefziehen, hängt in hohem Maße von den verwendeten Werkzeugen, also von Stempel und Matrize, ab. Dies ist insbesondere bei Stahlbauteilen der Fall, allerdings können auch Kunststoffteile auf diese Weise umgeformt werden. Einen weiteren wesentlichen Einfluss auf das Umformergebnis hat der Niederhalter, also die Vorrichtung, die das Bauteil zur Umformung an der Matrize positioniert und fixiert und dabei dennoch eine Bewegung des Materials des Bauteils während der Umformung zulässt.
  • Zu den individuellen Unterschieden einzelner Werkzeuge kommt der Einfluss unregelmäßig geformter Bauteile. Insbesondere wenn in unterschiedlichen Bereichen des Bauteils verschiedene Umformkräfte notwendig sind, kommt es häufig zu Falten- und Rissbildung im Bauteil. Dabei kann ein Verkippen des Stempels und/oder des Niederhalters auftreten, was ebenfalls zu den genannten ungewünschten Effekten führt und einen hohen Verschleiß der Werkzeuge bedingt. Auch eine schwankende Temperatur, z.B. bedingt durch den Umformprozess, führt durch Wärmeausdehnung von Bauteil, Werkzeug und Niederhalter zu Schwankungen der resultierenden Bauteilqualität. Somit ist es im Allgemeinen nicht möglich, die Umformung gemäß einer vorherigen Simulation durchzuführen, da die genannten Effekte schwer vorhersehbar sind und je nach Werkzeug bzw. Presse individuell sehr unterschiedliche Kräfte und/oder Verformungen auftreten können.
  • Um diesen Problemen entgegenzuwirken werden die Werkzeuge bisher durch ein umfangreiches manuelles Einarbeiten bzw. Tuschieren in mehreren Iterationsschritten an die Anforderungen angepasst. Dies ist teuer und zeitaufwändig und erfordert eine große Erfahrung des beteiligten Personals.
  • Die DE 10 2007 012 657 A1 beschreibt ein Werkzeug zur Umformung einer Platine mit einer Vertiefung und einem in die Vertiefung eintauchbaren Stempel. Das Werkzeug umfasst weiterhin einen den Stempel umrahmenden Halter, welcher mittels eines Druckgebers, beispielsweise einer Feder wie einer Gasdruckfeder oder einer Gummifeder, auf das die Vertiefung aufweisende Werkzeugteil zu bewegt und gegen einen Druck wieder zurück bewegt werden kann. Die Feder kann dabei passiv wirken oder aktiv mit einer Kraft beaufschlagt werden. Der Halter ist relativ zum Stempel verschiebbar.
  • Die DE 10 2009 037 854 A1 beschreibt ein Presswerkzeug zum Umformen von Teilen, umfassend einen Stempel, eine Matrize sowie einen Niederhalter zum formschlüssigen Drücken des Teils in den Stempel und einen Blechhalter zum Anpressen des umzuformenden Teils an die Matrize zum Einklemmen des Teils. Der Blechhalter ist auf der Seite der Matrize angeordnet und kann mittels eines passiven Federmechanismus gegen das Teil gedrückt werden. Es ist weiterhin eine Kopplungsvorrichtung vorgesehen, die eine Relativbewegung zwischen Blechhalter, Niederhalter und umgeformten Teil beim Öffnen des Werkzeugs verhindert. Damit kann ein Zurückverformen des Teils beim Öffnen verhindert werden.
  • Weiterhin ist eine elastische Ausgestaltung des Blechhalters bekannt. Dies ist jedoch mit einer Schwächung der Steifigkeit verbunden und bringt, bedingt durch die Komplexität des Systems, einen hohen konstruktiven Aufwand sowie hohe Kosten mit sich.
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Umformen von Bauteilen zur Verfügung zu stellen, mit denen die Herstellbarkeit umgeformter Bauteile auf einfache, kostengünstige und flexible Weise verbessert werden kann.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch die Vorrichtung zum Umformen von Bauteilen, insbesondere zum Tiefziehen von Blechzuschnitten, gemäß Anspruch 1 sowie durch das Verfahren zum Umformen von Bauteilen, insbesondere zum Tiefziehen von Blechzuschnitten, gemäß Anspruch 9. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung sind in den Unteransprüchen 2-8 angegeben. Weiterhin wird ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Personenkraftwagen, gemäß Anspruch 10 zur Verfügung gestellt.
  • Ein erster Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Umformen von Bauteilen, insbesondere zum Tiefziehen von Blechzuschnitten. Diese umfasst einen Stempel zur Ausübung von Umformkraft auf einen ersten Bereich des Bauteils zwecks Umformung des Bauteils und einen ersten Niederhalter zur Ausübung einer ersten Niederhaltungskraft auf zumindest einen zweiten Bereich des Bauteils entlang einer Anpressrichtung. Weiterhin umfasst die Vorrichtung ein erstes Gegenelement zur Ausübung einer der ersten Niederhaltungskraft entgegenwirkenden ersten Stützkraft. Die Vorrichtung weist weiterhin eine erste Positionierungseinrichtung auf, mit der der erste Niederhalter zumindest bereichsweise hinsichtlich seines Abstandes zum ersten Gegenelement und/oder seiner auf das Bauteil wirkenden ersten Niederhaltungskraft unterschiedlich einstellbar ist.
  • Die Ausübung von Umformkraft auf den ersten Bereich ist ein Ausüben von Druck auf diesen Bereich. Der erste Bereich kann dabei mehrere Teilbereiche umfassen, die nicht notwendigerweise benachbart am Bauteil angeordnet sind. Es kann somit auf mehrere Teile bzw. Bereiche des Bauteils ein Druck ausgeübt werden.
  • Insbesondere umfasst die Vorrichtung eine Matrize zur Ausübung einer der Umformkraft entgegen gerichteten Gegenkraft zwecks Umformung des Bauteils. Typischerweise weist die Matrize eine Vertiefung auf, in die der Stempel zur Umformung des Bauteils zumindest teilweise eingebracht wird und an bzw. in die dieser den ersten Bereich des Bauteils unter Ausübung der Umformkraft einformt. Die Vertiefung kann offen oder geschlossen sein. Insbesondere ist die Vertiefung im Wesentlichen geschlossen und stellt eine Negativform dar. Die Ausübung von Umformkraft durch den Stempel erfolgt somit insbesondere zur Umformung des Bereichs des Bauteils in Richtung der Vertiefung der Matrize.
  • Der Niederhalter kann auch als Blechhalter bezeichnet werden, beispielsweise bei der Umformung von Karosseriebauteilen. Neben Stahlbauteilen ist das erfindungsgemäße Verfahren allerdings auch zum Umformen von Kunststoffen geeignet. Niederhalter bedeutet im Sinne der Erfindung nicht notwendigerweise, dass das Bauteil nach unten gehalten wird. Der Niederhalter kann vielmehr dazu ausgestaltet sein, das Bauteil in jeglicher Richtung an dem ersten Gegenelement zu fixieren, insbesondere mittels Andrücken.
  • Das erste Gegenelement ist dabei ein Bereich der Matrize oder ein auf der Seite der Matrize angeordnetes Anbauteil oder Einsatzteil. Es dient zum Anliegen am Bauteil an der dem ersten Niederhalter gegenüberliegenden Seite des Bauteils im mittels der Niederhaltungskraft und der Stützkraft beaufschlagten Zustand und stellt eine Oberfläche zur Ausübung der der ersten Niederhaltungskraft entgegenwirkenden ersten Stützkraft zur Verfügung. Insbesondere ist die Oberfläche des ersten Gegenelements komplementär zur Oberfläche des Niederhalters ausgebildet und liegt dem betreffenden Bereich des Niederhalters entlang der Anpressrichtung bzw. der Vorschubrichtung des Niederhalters und/oder des Gegenelements gegenüber.
  • Der Niederhalter ist dazu eingerichtet, das Bauteil an das Gegenelement anzudrücken. Beispielsweise kann das Bauteil an einem Bereich einer Matrize eingeklemmt werden. Dabei ist im Sinne des Umformens, insbesondere des Tiefziehens, darauf zu achten, dass ein geeigneter Druck eingestellt wird, um ein Fließen des Materials unter der Einklemmung bzw. im kraftbeaufschlagten Zustand auf geeignete bzw. gewünschte Weise zu ermöglichen.
  • Die erste Positionierungseinrichtung ist derart ausgestaltet, dass sie zumindest bereichsweise unterschiedliche Abstände und/oder Niederhaltungskräfte realisieren kann. Beispielsweise kann die erste Niederhaltungskraft an unterschiedlichen Positionen des Niederhalters unterschiedlich eingestellt werden. Bereichsweise bedeutet, dass unterschiedliche, insbesondere zur Kontaktierung des Bauteils eingerichtete Bereiche bzw. Abschnitte des Niederhalters unterschiedliche Abstände zum ersten Gegenelement bzw. unterschiedliche Kräfte auf das Bauteil realisieren können. Der Niederhalter kann beispielsweise eine geschlossene Form aufweisen, die die Vertiefung einer Matrize ringförmig umschließt. Die unterschiedlichen Bereiche sind in diesem Fall beispielsweise bogenförmig und durch mittels radialer Schnitte unterteilte Abschnitte des Umfangs definiert. Alternativ können auch außenliegende und innenliegende Bereiche des Niederhalters derart eingerichtet sein, dass sie hinsichtlich ihres Abstandes zum ersten Gegenelement und/oder ihrer auf das Bauteil wirkenden ersten Niederhaltungskraft unterschiedlich einstellbar sind. Es können weitere derartige Niederhalter angeordnet sein.
  • Weiterhin können auch kompakte, nicht geschlossene Niederhalter angeordnet werden. Dies kann beispielsweise im Inneren eines ringförmigen Niederhalters zur zusätzlichen Fixierung eines definierten dritten Bereichs des Bauteils vorteilhaft sein.
  • Die erste Positionierungseinrichtung kann beispielsweise seitlich und/oder an der dem Gegenelement abgewandten Seite des ersten Niederhalters angeordnet sein. Diese kann die angetriebene Seite des Niederhalters sein; in diesem Fall kann der Niederhalter auf das Gegenelement zu bewegt werden. Die zum Einklemmen des Bauteils notwendige Relativbewegung zwischen Niederhalter und Gegenelement kann aber auch durch eine Bewegung des Gegenelements in Richtung auf den Niederhalter oder durch eine kombinierte Bewegung realisiert werden. Es ist typischerweise am Niederhalter und/oder am Gegenelement ein eigener Antrieb angeordnet, der den Niederhalter und/oder das Gegenelement aufeinander zu bewegen.
  • Die erste Positionierungseinrichtung dient also der Positionierung des Niederhalters und/oder Kraftausübung auf den Niederhalter. Insbesondere stützt sie sich dabei an oder auf ein Bauteil der Vorrichtung, beispielsweise ein geeignetes Ziehkissen, oder auf eine externe Einrichtung, um die erste Niederhaltungskraft auf das Bauteil auszuüben.
  • Unterschiedliche Abstände zwischen erstem Niederhalter und erstem Gegenelement sind beispielsweise zwecks Vergleichmäßigung des auf das Bauteil wirkenden Druckes bei einem Bauteil mit unterschiedlichen Bauteildicken oder mit unterschiedlichen für die Umformung benötigten Umformkräften realisierbar. Dabei kann beispielsweise die erste Niederhaltungskraft über alle Bereiche des ersten Niederhalters homogenisiert werden. Ein anderes Beispiel ist ein vorsorgliches Ausgleichen eines bekannten oder erwarteten Verkippens des Niederhalters beim Umformvorgang durch gesteuertes Verkippen in entgegengesetzter Richtung, beispielsweise mittels federnder Elemente unterschiedlicher Federraten. Dies ist auch bei konstanter Dicke des Bauteils möglich. Insbesondere sind die genannten unterschiedlichen Abstände und/oder ersten Niederhaltungskräfte im mittels der Niederhaltungskraft und der Stützkraft beaufschlagten Zustand, also im fixierten Zustand des Bauteils am ersten Gegenelement realisierbar.
  • Eine bereichsweise unterschiedliche erste Niederhaltungskraft, insbesondere resultierend in unterschiedlichen Drücke zwischen erstem Niederhalter und Bauteil, kann beispielsweise in Abhängigkeit der Bauteilgeometrie notwendig sein, um das Fließen des Materials, also die Bewegung von Material aus dem Randbereich hin zum umzuformenden ersten Bereich während der Umformung, auf geeignete Weise zu beeinflussen. Es kann vorkommen, dass das Bauteil asymmetrisch belastet wird, dass also auf einer Seite des Bauteils, beispielsweise in der Nähe eines ersten Bereiches des Niederhalters, größere Kräfte zur Umformung des Bauteils benötigt und aufgebracht werden als auf einer anderen Seite, beispielsweise in der Nähe eines zweiten Bereiches des Niederhalters. In diesem Fall ist zur Vermeidung eines Verkippens des Stempels und/oder des Niederhalters bzw. zur Verhinderung von Ungleichmäßigkeiten in den Randbereichen des Bauteils im ersten Bereich des Niederhalters ein größerer Druck notwendig als im zweiten. Dies kann mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung realisiert werden.
  • Ein weiterer Vorteil ist, dass mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Verlagerung des Werkzeugs auf eine andere Presse flexibel möglich ist, da die entsprechenden Niederhaltungskräfte bzw. Abstände den Anforderungen entsprechend eingestellt werden können. Auch ein Ausgleich von Durchbiegungen von Teilen der Einrichtung, wie beispielsweise von Pressentisch, Pressenstößel, Werkzeug, also Stempel bzw. Matrize ist möglich. Ein Verkippen des Stößels kann verhindert werden. Der Einarbeits- bzw. Tuschieraufwand wird wesentlich reduziert und die Herstellbarkeit der Bauteile wird deutlich verbessert, da eine Falten- und Rissbildung wirksam verhindert wird. Es ist keine Nacharbeit nötig. Die tatsächlich wirkenden Drücke bzw. Kräfte nähern sich den in der Simulation ermittelten Werten an und ermöglichen somit ein vorhersehbares und reproduzierbares Ergebnis der Umformung. Dies ist in allen Bereichen der Umformung, insbesondere in der Kalt- und Warmumformung möglich.
  • In einer Ausführungsform umfasst die erste Positionierungseinrichtung wenigstens ein Federelement, welches zur elastischen Kraftausübung entlang der Anpressrichtung eingerichtet und angeordnet ist.
  • Insbesondere ist das Federelement derart eingerichtet und angeordnet, dass es entlang der ersten Niederhaltungskraft, also parallel zu dieser, elastisch verformt werden kann und somit in Abhängigkeit seiner Verformung wenigstens einen Teil der ersten Niederhaltungskraft zur Verfügung stellen kann. Es ist also zur Verformung in Abhängigkeit eines realisierten Weges eingerichtet. Es kann zur elastischen Kraftausübung entlang zumindest einer Komponente der Anpressrichtung bzw. der Richtung der ersten Niederhaltungskraft eingerichtet sein.
  • Mit anderen Worten kann zumindest ein Bereich des Niederhalters mittels des Federelements hinsichtlich seines Abstandes zum ersten Gegenelement und/oder hinsichtlich seiner auf das Bauteil wirkenden ersten Niederhaltungskraft elastisch eingestellt werden. Es wird also ein passives System zur Verfügung gestellt. Ein Federelement kann dabei ein aus einem Polymerwerkstoff hergestelltes Element sein, welches ein elastisches Anpassen des unterlegten Bereichs des Niederhalters an die wirkenden Niederhaltungs- bzw. Stützkräfte ermöglicht. Es können aber auch komplexere Bauteile wie Metallfedern, Gasfedern, Blattfedern, Druckfedern u. Ä. bzw. Kombinationen daraus genutzt werden.
  • Der Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass eine sehr einfache und kostengünstige Möglichkeit zur Verfügung gestellt wird, den Abstand bzw. die erste Niederhaltungskraft den Anforderungen entsprechend einzustellen. Es ist bei einem Pressenwechsel keine Presseneinstellung oder Nachjustierung nötig.
  • In einer Ausgestaltung der Vorrichtung zum Umformen umfasst die erste Positionierungseinrichtung in unterschiedlichen Bereichen unterschiedliche Federelemente, insbesondere Federelemente unterschiedlicher Abmessungen und/oder Federelemente mit unterschiedlichen Steifigkeiten. Somit können die ersten Niederhaltungskräfte bzw. die Abstände auf einfache und kostengünstige Weise gezielt beeinflusst werden. In unterschiedliche Bereichen können dabei unterschiedliche Materialien, unterschiedliche Ausführungen bzw. Größen bzw. Dicken und/oder unterschiedliche Steifigkeiten der Federelemente genutzt werden. Beispielsweise kann der Elastizitätsmodul eingesetzter Polymerelemente kleiner als 15 GPa und insbesondere kleiner als 10 GPa sein. Die benötigten Bauformen, Abmessungen, Materialien und Eigenschaften, insbesondere Steifigkeiten, der Federelemente sind entsprechend den Anforderungen zu wählen.
  • In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die erste Positionierungseinrichtung wenigstens ein zumindest teilweise aus einer Form-Gedächtnis-Legierung hergestelltes Element, welches zur Verformung und/oder Kraftausübung entlang der Anpressrichtung bei einer Temperaturänderung eingerichtet und angeordnet ist.
  • Das Element ist insbesondere vollständig aus einer Form-Gedächtnis-Legierung hergestellt und dient der Einstellung der Position wenigstens eines Bereichs des Niederhalters bezüglich des ersten Gegenelements und/oder der auszuübenden ersten Niederhaltungskraft. Es kann also aktiv eine Kraft ausgeübt werden, nachdem das Bauteil mittels der ersten Niederhaltungs- und der ersten Stützkraft, welche durch einen Antrieb ausgeübt werden können, fixiert ist. Alternativ oder zusätzlich kann eine Positionierung zumindest des Bereichs des Niederhalters relativ zum Bauteil bzw. zum ersten Gegenelement vor der Fixierung des Bauteils erfolgen.
  • Das Element aus der Form-Gedächtnis-Legierung ist insbesondere zu einer raschen Verformung bzw. Kraftausübung bei Temperaturänderung geeignet. Die Temperatureinleitung in das Element aus der Form-Gedächtnis-Legierung kann dabei aus dem kontaktierenden Bauteil und/oder aus dem kontaktierenden Bereich des Werkzeugs, insbesondere der Matrize, erfolgen. Während der Warmumformung sind hier Temperaturen von bis zu 700°C möglich und durch die Umformung werden auch in der Kaltumformung, insbesondere von hochfesten Werkstoffen, ebenfalls Temperaturerhöhungen erreicht. Alternativ kann die erste Positionierungseinrichtung ein Heizelement zur gezielten Verformung des Elements aus der Form-Gedächtnis-Legierung mittels einer geeigneten Temperaturerhöhung, beispielsweise unter Umsetzung elektrischer Energie, umfassen.
  • Auch kann auf diese Weise und bei geeigneter Wahl der Form-Gedächtnis-Legierung einer wärmebedingten Ausdehnung von Stempel, Matrize, Niederhalter und/oder Gegenelement entgegengewirkt werden. Auch die wärmebedingt unterschiedlichen Materialflussbedingungen des Bauteilmaterials können in die Steuerung des Prozesses einbezogen werden, beispielsweise unter Zuhilfenahme geeigneter Sensoren.
  • Der sich ergebende Vorteil ist, dass eine flexibel anpassbare und robuste Möglichkeit zur bereichsweisen Anpassung von Niederhaltungskraft und Abstand zwischen Niederhalter und Gegenelement zur Verfügung gestellt wird. Herstellbarkeitsprobleme können somit rasch und flexibel behoben werden.
  • Die erste Positionierungseinrichtung kann weiterhin einen mit einem ersten Fluid, insbesondere einem flüssigen Medium, gefüllten oder füllbaren ersten Hohlraum umfassen, wobei sich der erste Niederhalter auf dem ersten Fluid abstützt oder abstützen kann. Dabei sind der erste Hohlraum und der erste Niederhalter derart ausgestaltet und angeordnet, dass das erste Fluid bei Ausüben der ersten Niederhaltungskraft im ersten Hohlraum zur Realisierung einer relativen Positionsänderung zumindest eines Bereichs des ersten Niederhalters gegenüber dem ersten Gegenelement und/oder einer Einstellung der ersten Niederhaltungskraft, insbesondere in zumindest einem Bereich des ersten Niederhalters, in Strömung versetzt und/oder komprimiert werden kann.
  • Typischerweise können als erstes Fluid flüssige Medien wie Wasser oder Öl genutzt werden. Der erste Hohlraum ist beispielsweise ähnlich einer ölgefüllten Wanne ausgestaltet, die eine Abdeckung aufweist, auf der sich der erste Niederhalter abstützt. Zwischen Abdeckung und erstem Hohlraum ist vorteilhafterweise eine geeignete Dichtung angeordnet. Das Öl kann innerhalb dieser Wanne strömen, um beispielsweise eine Winkeländerung zumindest eines Teils der Abdeckung zu ermöglichen und somit einen Abstand des ersten Niederhalters zum ersten Gegenelement zumindest bereichsweise ändern und dabei beispielsweise die erste Niederhaltungskraft über alle Bereiche des ersten Niederhalters zu homogenisieren. Insbesondere ist über die gesamte Erstreckung des ersten Niederhalters ein entsprechender Hohlraum angeordnet, so dass der gesamte erste Niederhalter beweglich gelagert ist.
  • Das Ausüben der Kraft auf das im Hohlraum angeordnete erste Fluid erfolgt dabei insbesondere entlang der mittels des ersten Niederhalters auf das Bauteil auszuübenden Kraft. Dabei bedingt das Ausüben der ersten Niederhaltungskraft durch den Niederhalter die Wirkung einer insbesondere der ersten Niederhaltungskraft im Wesentlichen entsprechenden Reaktionskraft auf das erste Fluid.
  • Die Reaktionskraft kann asymmetrisch auf das Fluid wirken und in der Folge ein Verkippen oder eine bereichsweise Verformung des Niederhalters bedingen, welchen durch die Strömung des ersten Fluids bzw. durch dessen Kompression entgegengewirkt werden kann. Beim Verkippen erfolgt beispielsweise eine Änderung des Winkels zwischen erstem Niederhalter und erstem Gegenelement.
  • Der wesentliche Vorteil ist, dass auf diese Weise einfach und flexibel unterschiedliche Positionierungen des ersten Niederhalters in Bezug zum ersten Gegenelement realisierbar sind.
  • In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Vorrichtung zum Umformen von Bauteilen einen zweiten Niederhalter zur Ausübung einer zweiten Niederhaltungskraft auf zumindest einen dritten Bereich des Bauteils sowie eine zweite Positionierungseinrichtung zur Positionierung des zweiten Niederhalters. Die erste Positionierungseinrichtung umfasst einen mit einem ersten Fluid, insbesondere einem flüssigen Medium, gefüllten oder füllbaren ersten Hohlraum und der erste Niederhalter stützt auf dem ersten Fluid ab oder kann sich auf dem ersten Fluid abstützen. Die zweite Positionierungseinrichtung umfasst einen mit einem zweiten Fluid, insbesondere einem flüssigen Medium, gefüllten oder füllbaren zweiten Hohlraum und der der zweite Niederhalter stützt auf dem zweiten Fluid ab oder kann sich auf dem zweiten Fluid abstützen. Dabei weisen der erste und der zweite Hohlraum eine strömungstechnische Verbindung auf.
  • Mit anderen Worten sind an der ersten und zweiten Positionierungseinrichtung verbundene Hohlräume angeordnet, so dass sich bei Volumenänderung eines Hohlraumes durch eine Bewegung bzw. Strömung des Fluids wie in kommunizierenden Röhren eine mit entgegengesetztem Vorzeichen versehene Volumenänderung des damit verbundenen Hohlraums ergibt. Damit wird eine zumindest bereichsweise Einstellung wenigstens eines Niederhalters und insbesondere beider Niederhalter hinsichtlich ihres Abstandes zum ersten bzw. zweiten Gegenelement und/oder ihrer auf das Bauteil wirkenden ersten bzw. zweiten Niederhaltungskraft möglich. Dies kann beispielsweise mittels verbundener Hydraulikzylinder realisiert werden.
  • Insbesondere umfasst die Vorrichtung zum Umformen von Bauteilen neben dem oben beschriebenen ersten Hohlraum einen zweiten Niederhalter zur Ausübung einer zweiten Niederhaltungskraft auf zumindest einen dritten Bereich des Bauteils, ein zweites Gegenelement zur Aufbringung einer der zweiten Niederhaltungskraft entgegenwirkenden zweiten Stützkraft sowie eine zweite Positionierungseinrichtung. Die zweite Positionierungseinrichtung umfasst einen mit einem zweiten Fluid, insbesondere einem flüssigen Medium, gefüllten oder füllbaren zweiten Hohlraum. Dabei sind der zweite Hohlraum und der zweite Niederhalter derart ausgestaltet und angeordnet, dass das zweite Fluid bei Ausüben der zweiten Niederhaltungskraft auf das zweite Fluid im zweiten Hohlraum zur Realisierung einer relativen Positionsänderung zumindest eines Bereichs des zweiten Niederhalters gegenüber dem zweiten Gegenelement und/oder einer Einstellung der zweiten Niederhaltungskraft in Strömung versetzt und/oder komprimiert werden kann. Der erste und der zweite Hohlraum weisen eine strömungstechnische Verbindung auf.
  • In dieser Ausgestaltung ist ein zweiter Hohlraum vorhanden, der bezüglich seiner Eigenschaften und seines Zwecks insbesondere im Wesentlichen dem ersten Hohlraum entspricht. Typischerweise sind auch der zweite Niederhalter sowie und das zweite Gegenelement analog zu den jeweiligen ersten Einrichtungen ausgestaltet. Beide Hohlräume sind beispielsweise mittels kommunizierender Röhren verbunden, so dass ein Verringern des Volumens des einen Hohlraums eine Vergrößerung des Volumens des anderen Hohlraums bedingt. Dabei kann das Fluid bedingt durch die aufgebrachten bzw. wirkenden Kräfte insbesondere frei von einem Hohlraum in den anderen fließen. Insbesondere weisen das erste und das zweite Fluid die gleiche Zusammensetzung auf. Der Vorteil dieser Ausgestaltung ist eine einfache und robuste Positionierung des ersten und zweiten Niederhalters.
  • In einer weiteren Ausgestaltung umfasst das erste und/oder das zweite Gegenelement eine dritte Positionierungseinrichtung, mit der das erste und/oder das zweite Gegenelement zumindest bereichsweise hinsichtlich seines Abstandes zum ersten bzw. zweiten Niederhalter und/oder seiner auf das Bauteil wirkenden ersten und/oder zweiten Stützkraft unterschiedlich einstellbar ist.
  • Dabei kann die dritte Positionierungseinrichtung eines oder mehrere der beschriebenen Elemente umfassen, beispielsweise Federelemente, zumindest teilweise aus einer Form-Gedächtnis-Legierung hergestellte Elemente, mit einem Fluid gefüllte oder füllbare Hohlräume, die auch eine strömungstechnische Verbindung aufweisen können, oder andere.
  • Das jeweilige Gegenelement ist typischerweise an seiner dem jeweiligen Niederhalter abgewandten Seite gelagert. Mit anderen Worten ist das jeweilige Gegenelement ebenso wie der erste Niederhalter zur Realisierung einer zumindest bereichsweisen Änderung seines Abstands zum jeweiligen Niederhalter und/oder zur zumindest bereichsweisen Änderung seiner auf das Bauteil auszuübenden jeweiligen Stützkraft eingerichtet und angeordnet. Somit ist beidseitig des Bauteils eine Positionierung und/oder eine Anpassung der wirkenden Kraft möglich und das Bauteil kann sehr exakt und definiert gehalten werden.
  • Die erste und/oder zweite Positionierungseinrichtung kann ein Antriebselement umfassen, welches zur Realisierung einer Relativbewegung zumindest eines Bereichs des ersten Niederhalters gegenüber dem ersten Gegenelement eingerichtet ist.
  • Die Realisierung der Relativbewegung kann zur zumindest bereichsweisen Positionierung des Niederhalters und/oder zur Ausübung einer Kraft, insbesondere der jeweiligen Niederhaltungskraft, erfolgen.
  • Insbesondere umfasst die Vorrichtung mehrere Antriebselemente, welche dazu eingerichtet sind, unterschiedliche Relativbewegungen unterschiedlicher Bereiche des Niederhalters, also auch Relativbewegungen der unterschiedlichen Bereiche untereinander zu realisieren. Somit können z. B. unterschiedliche erste Niederhaltungskräfte an unterschiedlichen Bereichen des ersten Niederhalters realisiert werden.
  • Als Antriebselement können beispielsweise Hydraulikzylinder, aktiv mittels gezielter Temperaturänderung ansteuerbare Form-Gedächtnis-Legierungen und/oder angetriebene Gasdruck-, Blatt- bzw. Druckfedern angeordnet werden. Bei Einsatz einer Form-Gedächtnis-Legierung kann diese gemeinsam mit einem geeigneten Heizelement das Antriebselement darstellen. Typischerweise sind in einzelnen Bereichen des Niederhalters derartige Antriebselemente angeordnet, so dass jeder Bereich durch Einstellung einer definierten Kraft flexibel anpassbar ist.
  • Insbesondere ist das Antriebselement dazu eingerichtet, bei Erhalt eines Startsignals die Relativbewegung zu realisieren. Die Eingabe dieses Startsignals kann manuell erfolgen, beispielsweise durch Betätigen eines Startknopfes. Weiterhin ist eine automatische Steuerung mittels einer Steuereinrichtung möglich, die, beispielsweise ausgehend von Eingangssignalen eines Sensors, anhand bestimmter, vorher definierter Bedingungen eine Relativbewegung auslöst.
  • Auch die zweite und/oder die dritte Positionierungseinrichtung kann ein derartiges Antriebselement umfassen. Vorteil ist die sich ergebende einfache und ohne manuellen Aufwand mögliche Anpassbarkeit des Systems.
  • Die Vorrichtung zum Umformen von Bauteilen kann weiterhin einen Sensor umfassen, welcher zur Detektion der ersten Niederhaltungskraft, der ersten Stützkraft, einer Winkellage, eines Höhenversatzes und/oder eines Lateralversatzes wenigstens eines Teils des ersten Niederhalters in Bezug zum ersten Gegenelement eingerichtet und angeordnet ist.
  • Insbesondere ist der Sensor zu Erkennung eines Winkels bzw. einer Position eingerichtet, welche bzw. welcher von einem vorher definierten Wert abweicht. Ein Lateralversatz ist dabei eine seitliche Verschiebung bzw. eine Verschiebung der jeweiligen Längsachsen des ersten Niederhalters gegenüber dem ersten Gegenelement. Beispielsweise kann somit eine zumindest bereichsweise Verformung des Niederhalters und/oder ein zumindest bereichsweises Verkippen des Niederhalters detektiert werden. Die einer Winkellagendetektion bzw. -messung zugrundeliegenden Winkel sind dabei beispielsweise der Winkel der die erste Niederhaltungskraft ausübenden Oberfläche und/oder der Winkel der die erste Stützkraft ausübenden Oberfläche. Auch können weitere, insbesondere bei bestimmungsgemäßem Gebrauch horizontal ausgerichtete Oberflächen an der Matrize oder anderen Bauteilen der Vorrichtung zur Winkeldetektion genutzt werden. Es können beispielsweise Absandsmesser, Winkelmesser oder Ähnliches genutzt werden, beispielsweise auch Laser-basierte Sensoren.
  • Einem zumindest bereichsweisen Verkippen kann, wie beschrieben, durch eine mittels eines geeigneten Antriebselements initiierte Relativbewegung entgegengewirkt werden. Dabei kann der Sensor zur Messung einer Größe der Winkellage bzw. des Versatzes eingerichtet sein und der Betrag der Relativbewegung kann in Abhängigkeit vom gemessenen Wert gewählt werden.
  • Ebenso können Kraftmesssysteme bzw. drucksensitive Sensoren genutzt werden. Diese können beispielsweise unterschiedliche erste Niederhaltungskräfte in unterschiedlichen Bereichen des Niederhalters bzw. unterschiedliche Stützkräfte der entsprechenden Gegenelemente detektieren oder messen. Insbesondere können diese mittels des Antriebselements aktiv ausgeglichen werden. Weiterhin können Temperatursensoren eingesetzt werden, um die tribologischen Wechselwirkungen zu bestimmen bzw. zu berücksichtigen. Beispielsweise können damit Daten zur Bestimmung des Fließens des Materials des Bauteils während des Umformens ermittelt und in die Steuerung der auszuübenden Niederhaltungskräfte einbezogen werden. Ein weiteres Beispiel ist die Berücksichtigung der Verformung des Niederhalters. Weist dieser beispielsweise in unterschiedlichen Bereichen unterschiedliche Dicken auf, kann seine Wärmeausdehnung zu einem Verkippen bzw. zu unterschiedlichen Niederhaltungskräften auf das Bauteil führen. Ein solcher Effekt kann auch durch die Geometrie des Niederhalters bedingt bzw. verstärkt werden. Mittels Messen der Temperatur sind Vorhersagen eines derartigen Verhaltens und gezieltes Gegensteuern möglich.
  • Insbesondere ist der Sensor zur Ausgabe eines Signals und beispielsweise zur Initiierung des Startsignals an das Antriebselement eingerichtet. Die Vorrichtung umfasst dazu typischerweise eine Steuereinrichtung zur Aufnahme des Sensorsignals, zur Verarbeitung und zur Ausgabe eines Steuersignals zur Steuerung des Antriebselements.
  • Analoge Einrichtungen sind ebenso für den zweiten und/oder dritten Niederhalter möglich.
  • Es ergibt sich der Vorteil einer Automatisierbarkeit, mittels welcher ungewünschten Effekten auf vielfältige, flexible, robuste und effiziente Weise entgegengewirkt werden kann.
  • In einer Ausgestaltung umfasst der erste Niederhalter mehrere Segmente, wobei die Segmente hinsichtlich ihrer Positionierbarkeit mechanisch entkoppelt sind.
  • Das bedeutet, dass die Position eines Segments in gewissen Grenzen unabhängig von der Position der benachbarten Segmente verändert werden kann. Da die Segmente mittels geeigneter Einrichtungen miteinander verbunden sein können, können diese Grenzen eng sein. Mit anderen Worten ist der erste Niederhalter in Segmente unterteilt bzw. aus Segmenten zusammengesetzt. Beispielsweise können die Segmente aus einzelnen Metallteilen hergestellte Elemente sein, welche nur äußerlich verbunden sind, beispielsweise mittels einer Polymerbettung. Die Segmente können bei einem ringförmigen Niederhalter beispielsweise den Umfang des Rings unterteilen.
  • Insbesondere können dabei mehrere bzw. alle Segmente erfindungsgemäße Positionierungseinrichtungen aufweisen. Die Segmente können alle genannten einstellbaren bzw. beeinflussbaren Eigenschaften der beschriebenen Bereiche des Niederhalters aufweisen. Weiterhin können auch einzelne Bereiche der Segmente unterschiedlich positioniert und/oder mit unterschiedlichen Kräften beaufschlagt werden.
  • Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass eine sehr feine und exakte Anpassung des Niederhalters möglich ist.
  • Ein zweiter Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Umformen von Bauteilen, insbesondere zum Tiefziehen von Blechzuschnitten. Dieses umfasst die Schritte Bereitstellen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Umformen von Bauteilen und Bereitstellen eines Bauteils, insbesondere eines Blechzuschnitts. Es erfolgt das Ausüben einer ersten Niederhaltungskraft auf einen zweiten Bereich des Bauteils mittels des ersten Niederhalters sowie das Ausüben einer der ersten Niederhaltungskraft entgegenwirkenden ersten Stützkraft mittels des ersten Gegenelements. Es erfolgt das Umformen des Bauteils, insbesondere das Tiefziehen des Blechzuschnitts, durch Ausübung der Umformkraft auf den ersten Bereich des Bauteils durch den Stempel. Dabei erfolgt das Ausüben der ersten Niederhaltungskraft derart, dass der erste Niederhalter zumindest bereichsweise hinsichtlich seines Abstandes zum ersten Gegenelement und/oder seiner auf das Bauteil wirkenden ersten Niederhaltungskraft unterschiedlich eingestellt wird.
  • Insbesondere erfolgt weiterhin die Ausübung einer der Umformkraft entgegen gerichteten Gegenkraft mittels der Matrize zwecks Umformung des Bauteils.
  • Ebenso kann das Ausüben der zweiten bzw. dritten Niederhaltungskraft und/oder ersten bzw. zweiten Gegenkraft auf die beschriebene Weise erfolgen.
  • Falls vorhanden, können Antriebselemente genutzt werden, um eine Positionierung des Niederhalters und/oder eine gesteuerte Ausübung der Niederhaltungskraft zu realisieren. Dies kann beispielsweise hydraulisch, pneumatisch oder mittels eines angetriebenen Federelements erfolgen.
  • Ein dritter Aspekt der Erfindung ist ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Personenkraftwagen, welcher wenigstens ein mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Umformen von Bauteilen hergestelltes Bauteil, insbesondere ein Karosseriebauteil, umfasst.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand der in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.
  • Es zeigen
    • 1: eine Schnittzeichnung einer aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtung zum Tiefziehen von Blechzuschnitten mit typischen Problemen,
    • 2: eine Schnittzeichnung derselben Vorrichtung mit schematisch dargestellten erfindungsgemäßen Aspekten zur Behebung der Probleme,
    • 3: eine Schnittzeichnung eines Details einer aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtung zum Tiefziehen von Blechzuschnitten,
    • 4: eine Schnittzeichnung einer weiteren Ausführung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Tiefziehen von Blechzuschnitten,
    • 5: eine schematische Schnittzeichnung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Tiefziehen von Blechzuschnitten,
    • 6: eine schematische Schnittzeichnung der Ausführungsform aus 5 mit erfindungsgemäßen Antriebselementen,
    • 7: eine schematische Schnittzeichnung einer alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Tiefziehen von Blechzuschnitten,
    • 8: eine schematische Schnittzeichnung der Ausführungsform aus 7 mit erfindungsgemäßen Antriebselementen, sowie
    • 9: eine schematische Schnittzeichnung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Tiefziehen von Blechzuschnitten.
  • 1 zeigt eine Schnittzeichnung einer aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtung 10 zum Umformen von Bauteilen 20. Diese umfasst eine Matrize 11 und einen Stempel 14, zwischen denen das Bauteil 20, hier ein Blechzuschnitt, mittels einer durch den Stempel 14 aufzubringenden Umformkraft umgeformt wird. Es ist ersichtlich, dass das Bauteil 20 bereits eine Umformung erfahren hat, da es die Form der Oberflächen von Stempel 11 bzw. Matrize 14 aufweist. Der Stempel 14 umfasst eine Entlüftungseinrichtung 44. Unterhalb eines Bereichs der Matrize 11 ist eine Abstimmplatte 45 zur Positionierung des genannten Bereichs angeordnet.
  • Zur Fixierung des Bauteils 20 an der Matrize 11 ist ein erster Niederhalter 21 angeordnet, im Bild rechts und links dargestellt, der die Matrize 11 ringförmig umschließt. Dieser wird mittels Zentrierbolzen 42 ausgerichtet. Oberhalb ist ein Niederhalteraufsatz 41 zur Ausübung einer Kraft auf den ersten Niederhalter 21 zwecks Realisierung der Niederhaltungskraft mittels des ersten Niederhalters 21 auf das Bauteil 20. Dieses wird durch den ersten Niederhalter 21 an ein diesem gegenüber an der Matrize angeordnetes Gegenelement angedrückt. Zwischen erstem Niederhalter 21 bzw. Niederhalteraufsatz 41 und Stempel 14 ist eine Gleitplatte 40 zur Erleichterung der Relativbewegung sowie zur relativen Positionierung der genannten Elemente angeordnet.
  • Es ist ersichtlich, dass ein Verkippen des Stempels 14 sowie des ersten Niederhalters 21 gegenüber der Matrize 11 erfolgt ist. Dies wird am Winkel 50 zwischen dem Stempel 14 und der Horizontalen deutlich, der zwecks Veranschaulichung und Verdeutlichung des auftretenden Problems vergrößert dargestellt ist. Es ist eine erste Stützraft 51, 52 dargestellt, die der Niederhaltungskraft entgegenwirkt und dieser betragsmäßig entspricht. Diese ist auf beiden Seiten gleich groß. Bedingt durch die gewünschte Geometrie des Bauteils 20 sowie durch die dafür notwendige Geometrie des Werkzeugs, also von Matrize 11 und Stempel 14, werden im dargestellten Fall auf der linken Seite größere Umformkräfte benötigt als auf der rechten Seite. Es erfolgt somit bei der gezeigten gleichen Größe der rechts und links wirkenden ersten Stützkraft 51 und 52 ein Verkippen von Stempel 14 und erstem Niederhalter 21, da die links ausgeübte Niederhaltungskraft bzw. Stützkraft 51 nicht ausreicht, um die Umformung des Bauteils 20 zu ermöglichen.
  • 2 zeigt schematisch die Lösung des in 1 dargestellten Problems mittels erfindungsgemäßer Aspekte. Der erste Niederhalter 21 umfasst hierbei eine erste Positionierungseinrichtung 24 (nicht dargestellt), mit der der erste Niederhalter 21 bereichsweise zumindest hinsichtlich seiner auf das Bauteil 20 wirkenden ersten Niederhaltungskraft unterschiedlich einstellbar ist. Diese bereichsweise unterschiedliche erste Niederhaltungskraft ist mittels der dieser entsprechenden ersten Stützkraft 51, 52 dargestellt, wobei die erste Stützkraft 51 auf der linken Seite größer ist als die erste Stützkraft 52 auf der rechten Seite. Die erzielte Wirkung ist, dass kein Verkippen erfolgt und sich somit kein wie in 1 gezeigter Winkel einstellt. Der auf der Seite des Stempels 14 angeordnete Einweiser 47 steht gerade auf dem entsprechenden Bereich der Matrize 11.
  • Eine weitere aus dem Stand der Technik bekannte Vorrichtung zum Tiefziehen von Blechzuschnitten ist in 3 gezeigt. Hier ist der Stempel 14 unten und die Matrize 11 oben dargestellt, dazwischen ist das bereits verformte Bauteil 20 angeordnet. Der Einweiser 47 positioniert die Matrize 11 am der darüber angeordneten Pressenstößel.
  • Der Niederhalter 21 wird in dieser Ausführungsform wie bekannt mittels eines Druckbolzens 49 angetrieben, welcher zur Ausübung einer entlang der Niederhaltungskraft ausgerichteten Kraft eingerichtet ist. Er kann somit den Niederhalter 21 nach oben drücken und damit das Bauteil 20 zur Fixierung an das auf der Seite der Matrize 11 angeordnete Gegenelement drücken.
  • 4 zeigt eine weitere Ausführung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Hier sind Matrize 11 und Stempel 14 im zusammengepressten Zustand gezeigt und das verformte Bauteil 20 liegt dazwischen. Der erste Niederhalter 21 umfasst auf der rechten Seite eine erste Positionierungseinrichtung 24, ausgeführt als Gasdruckfeder 53. Mittels dieser, welche den in 3 dargestellten Druckbolzen ersetzt, ist eine federnde Positionierung bzw. Kraftausübung des ersten Niederhalters 21 möglich.
  • 5 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Hier ist der gesamte Aufbau der Presse ersichtlich. Diese umfasst einen unten angeordneten Pressentisch 62, auf welchem der Stempel 14 positioniert wird, und einen diesem gegenüber und oben angeordneten Pressenstößel 60, an welchem die Matrize 11 angeordnet ist. Pressenstößel 60 und Pressentisch 62 sind relativ zueinander in vertikaler Richtung beweglich, um die Umformung des Bauteils 20, dargestellt als Blechzuschnitt, zu realisieren.
  • Auf der Seite des Stempels ist ein erster Niederhalter 21 angeordnet, welcher die für das Umformen des Bauteils 20 genutzte Oberfläche 12 der Matrize bzw. die entsprechende Oberfläche des Stempels 14 ringförmig umschließt. Weiterhin ist ein zweiter Niederhalter 22 vorhanden, welcher kompakt ausgeführt ist und im Inneren des Rings angeordnet ist. Beide Niederhalter können mittels eines unterhalb angeordneten Ziehkissens 64, mit dem sie mechanisch verbunden sind, über darunter angeordnete Verdrängungszylinder 66 in vertikaler Richtung bewegt werden. Damit kann das Fixieren des Bauteils an den jeweilig gegenüber auf der Seite der Matrize 11 angeordneten entsprechenden Gegenelementen 351, 352 realisiert werden.
  • Das Bauteil umfasst einen kreisförmigen ersten Bereich 131 zur Ausübung der Umformkraft sowie einen kreisringförmig um diesen herum angeordneten zweiten Bereich 132 zur Ausübung der ersten Niederhaltungskraft mittels der ersten Niederhalters 21.
  • Erfindungsgemäß umfasst der erste Niederhalter 21 eine erste Positionierungsreinrichtung 24, welche oberhalb der Druckbolzen 49 angeordnet ist und einen mit einem ersten Fluid 321, hier einem Öl, gefüllten, kreisringförmig entlang der Erstreckung des ersten Niederhalters 21 angeordneten ersten Hohlraum 33 umfasst. Der erste Niederhalter 21 ist auf das Fluid 321 abgestützt. Das Fluid 321 kann innerhalb des ersten Hohlraums 33 bei Kraftausübung des ersten Niederhalters 21 in Strömung versetzt werden. Dies kann beispielsweise derart erfolgen, dass der erste Niederhalter 21 eine Winkeländerung realisieren kann.
  • Weiterhin umfasst der zweite Niederhalter 22 oberhalb seiner Druckbolzen 49 eine zweite Positionierungseinrichtung 25, welche einen mit einem zweiten Fluid 322 gefüllten zweiten Hohlraum 34 umfasst. Auch das zweite Gegenelement 352, ausgeführt als Matrizeneinsatz, umfasst eine dritte Positionierungseinrichtung 26 mit einem dritten Hohlraum mit einem darin angeordneten dritten Fluid 323. Somit können auch der zweite Niederhalter 22 sowie das gegenüber diesem angeordnete zweite Gegenelement 352 bezüglich ihrer Winkellage zur Horizontalen eingestellt werden.
  • Dieselbe Ausführungsform ist in 6 dargestellt. Im Unterschied zur in 5 gezeigten Ausführungsform umfassen die erste und zweite Positionierungseinrichtung 24 und 25 jeweils ein Antriebselement 36, mit welchem sie individuell bezüglich ihrer Position zum jeweiligen Gegenelement eingestellt werden können. Somit wird auch eine individuell einstellbare Niederhaltungskraft möglich.
  • Eine alternative Ausführung zeigt 7. Hierbei ist anstelle der fluidgefüllten Hohlräume am ersten und zweiten Niederhalter 21, 22 sowie am zweiten Gegenelement 352 jeweils ein Federelement 30 angeordnet. Dieses ist in der gezeigten Ausführung ein elastisches, kreisring- bzw. quaderförmiges Polymerteil. Es kann allerdings auch ein aus einer Form-Gedächtnis-Legierung hergestelltes Element genutzt werden.
  • Dieselbe Ausführungsform, weiterhin umfassend an der ersten und zweiten Positionierungseinrichtung 24 und 25 angeordnete Antriebselemente 36, ist in 8 dargestellt.
  • 9 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Hierbei umfassen die erste und zweite Positionierungseinrichtung 24, 25 jeweils als Hydraulikzylinder ausgeführte erste und zweite Hohlräume 33, 34, in denen ein identisches erstes und zweites Fluid 321, 322 angeordnet ist. Die Hydraulikzylinder sind mittels einer strömungstechnischen Verbindung 38 miteinander verbunden, so dass eine Verkleinerung des Hohlraums eines Hydraulikzylinders eine Vergrößerung des Hohlraums der anderen Hydraulikzylinder bedingt.
  • Bezugszeichenliste
  • Vorrichtung zum Umformen 10
    Matrize 11
    Oberfläche 12
    Erster Bereich des Bauteils 131
    Zweiter Bereich des Bauteils 132
    Dritter Bereich des Bauteils 133
    Stempel 14
    Bauteil 20
    Erster Niederhalter 21
    Zweiter Niederhalter 22
    Erste Positionierungseinrichtung 24
    Zweite Positionierungseinrichtung 25
    Dritte Positionierungseinrichtung 26
    Federelement 30
    Erstes Fluid 321
    Zweites Fluid 322
    Drittes Fluid 323
    Erster Hohlraum 33
    Zweiter Hohlraum 34
    Erstes Gegenelement 351
    Zweites Gegenelement 352
    Antriebselement 36
    Strömungstechnische Verbindung 38
    Gleitplatte 40
    Niederhalteraufsatz 41
    Zentrierbolzen 42
    Niederhalterverriegelung 43
    Entlüftungseinrichtung 44
    Abstimmplatte 45
    Abstimmleiste 46
    Einweiser 47
    Druckbolzen 49
    Winkel 50
    Erste Stützraft 51
    Zweite Stützraft 52
    Gasdruckfeder 53
    Pressenstößel 60
    Pressentisch 62
    Ziehkissen 64
    Verdrängungszylinder 66
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102007012657 A1 [0005]
    • DE 102009037854 A1 [0006]

Claims (10)

  1. Vorrichtung (10) zum Umformen von Bauteilen (20), insbesondere zum Tiefziehen von Blechzuschnitten, umfassend - einen Stempel (14) zur Ausübung von Umformkraft auf einen ersten Bereich (131) des Bauteils (20) zwecks Umformung des Bauteils (20), - einen ersten Niederhalter (21) zur Ausübung einer ersten Niederhaltungskraft auf zumindest einen zweiten Bereich (132) des Bauteils (20) entlang einer Anpressrichtung, sowie - ein erstes Gegenelement (351) zur Ausübung einer der ersten Niederhaltungskraft entgegenwirkenden ersten Stützkraft, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) eine erste Positionierungseinrichtung (24) aufweist, mit der der erste Niederhalter (21) zumindest bereichsweise hinsichtlich seines Abstandes zum ersten Gegenelement (351) und/oder seiner auf das Bauteil (20) wirkenden ersten Niederhaltungskraft unterschiedlich einstellbar ist.
  2. Vorrichtung (10) zum Umformen von Bauteilen (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Positionierungseinrichtung (24) wenigstens ein Federelement (30) umfasst, welches zur elastischen Kraftausübung entlang der Anpressrichtung eingerichtet und angeordnet ist.
  3. Vorrichtung (10) zum Umformen von Bauteilen (20) nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Positionierungseinrichtung (24) wenigstens ein zumindest teilweise aus einer Form-Gedächtnis-Legierung hergestelltes Element umfasst, welches zur Verformung und/oder Kraftausübung entlang der Anpressrichtung bei einer Temperaturänderung eingerichtet und angeordnet ist.
  4. Vorrichtung (10) zum Umformen von Bauteilen (20) nach wenigstens einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Positionierungseinrichtung (24) einen mit einem ersten Fluid (321), insbesondere einem flüssigen Medium, gefüllten oder füllbaren ersten Hohlraum (33) umfasst, wobei sich der erste Niederhalter (21) auf dem ersten Fluid (321) abstützt oder abstützen kann, wobei der erste Hohlraum (33) und der erste Niederhalter (21) derart ausgestaltet und angeordnet sind, dass das erste Fluid (321) bei Ausüben der ersten Niederhaltungskraft im ersten Hohlraum (33) zur Realisierung einer relativen Positionsänderung zumindest eines Bereichs des ersten Niederhalters (21) gegenüber dem ersten Gegenelement (351) und/oder einer Einstellung der ersten Niederhaltungskraft in Strömung versetzt und/oder komprimiert werden kann.
  5. Vorrichtung (10) zum Umformen von Bauteilen (20) nach wenigstens einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass diese einen zweiten Niederhalter (22) zur Ausübung einer zweiten Niederhaltungskraft auf zumindest einen dritten Bereich (133) des Bauteils sowie eine zweite Positionierungseinrichtung (25) zur Positionierung des zweiten Niederhalters (22) aufweist, wobei die erste Positionierungseinrichtung (24) einen mit einem ersten Fluid (321), insbesondere einem flüssigen Medium, gefüllten oder füllbaren ersten Hohlraum (33) umfasst und sich der erste Niederhalter (21) auf dem ersten Fluid (321) abstützt oder abstützen kann und wobei die zweite Positionierungseinrichtung (25) einen mit einem zweiten Fluid (322), insbesondere einem flüssigen Medium, gefüllten oder füllbaren zweiten Hohlraum (34) umfasst und sich der zweite Niederhalter (22) auf dem zweiten Fluid (322) abstützt oder abstützen kann; wobei der erste (33) und der zweite (34) Hohlraum eine strömungstechnische Verbindung (38) aufweisen.
  6. Vorrichtung (10) zum Umformen von Bauteilen (20) nach wenigstens einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder zweite Positionierungseinrichtung (24) ein Antriebselement (36) umfasst, welches zur Realisierung einer Relativbewegung zumindest eines Bereichs des ersten Niederhalters (21) gegenüber dem ersten Gegenelement (351) eingerichtet ist.
  7. Vorrichtung (10) zum Umformen von Bauteilen (20) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass diese einen Sensor (37) umfasst, welcher zur Detektion der ersten Niederhaltungskraft, der ersten Stützkraft, einer Winkellage, eines Höhenversatzes und/oder eines Lateralversatzes wenigstens eines Teils des ersten Niederhalters (21) in Bezug zum ersten Gegenelement (351) eingerichtet und angeordnet ist.
  8. Vorrichtung (10) zum Umformen von Bauteilen (20) nach wenigstens einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Niederhalter (21) mehrere Segmente umfasst, wobei die Segmente hinsichtlich ihrer Positionierbarkeit mechanisch entkoppelt sind.
  9. Verfahren zum Umformen von Bauteilen (20), insbesondere zum Tiefziehen von Blechzuschnitten, umfassend die Schritte - Bereitstellen einer Vorrichtung (10) zum Umformen von Bauteilen (20) gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1-8, - Bereitstellen eines Bauteils (20), insbesondere eines Blechzuschnitts, - Ausüben einer ersten Niederhaltungskraft auf einen zweiten Bereich (132) des Bauteils (20) mittels des ersten Niederhalters (21), - Ausüben einer der ersten Niederhaltungskraft entgegenwirkenden ersten Stützkraft mittels des ersten Gegenelements (351), - Umformen des Bauteils (20), insbesondere Tiefziehen des Blechzuschnitts, durch Ausübung der Umformkraft auf den ersten Bereich (131) des Bauteils (20) durch den Stempel (14), wobei das Ausüben der ersten Niederhaltungskraft derart erfolgt, dass der erste Niederhalter (21) zumindest bereichsweise hinsichtlich seines Abstandes zum ersten Gegenelement (351) und/oder seiner auf das Bauteil (20) wirkenden ersten Niederhaltungskraft unterschiedlich eingestellt wird.
  10. Kraftfahrzeug, insbesondere Personenkraftwagen, dadurch gekennzeichnet, dass dieses wenigstens ein mittels des Verfahrens zum Umformen von Bauteilen (20) gemäß Anspruch 9 hergestelltes Bauteil (20), insbesondere ein Karosseriebauteil, umfasst.
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