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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Falzwerkzeug, eine Falzeinrichtung, ein Verfahren zum Falzen, insbesondere von Karosserieblechen, sowie eine Verwendung eines Falzwerkzeugs.
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Falzen ist eine im Automobilbau weitverbreitete Umform- und Verbindungstechnik. Dabei ist es bekannt, diese, lange Zeit lediglich von Hand ausgeführte, Technik, auch maschinell, beispielsweise mithilfe von Robotern, durchzuführen, vgl. beispielsweise das Roll-Falzen. Dabei gibt es aber nach wie vor Anwendungen, bei welchen eine maschinelle Verfahrensführung nicht möglich ist. Ein Beispiel ist das Falzen bzw. Bördeln der Türaußenhaut mit dem Türinnenblech im Bereich des Fensterschachts von Fahrzeugtüren. Zum einen sind die Platzverhältnisse sehr beengt, zum anderen kommt es bei der Verwendung bekannter Falzwerkzeuge oftmals zu einem Beschädigen bzw. Ausbeulen der Karosseriebleche.
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Es daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Falzwerkzeug, eine Falzeinrichtung, ein Verfahren zum Falzen sowie eine Verwendung eines Falzwerkzeugs anzugeben, welche die vorgenannten Nachteile beseitigen und eine kostengünstige und wiederholgenaue Produktion ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Falzwerkzeug gemäß Anspruch 1, durch eine Falzeinrichtung gemäß Anspruch 6, durch ein Verfahren gemäß Anspruch 9 sowie durch eine Verwendung gemäß Anspruch 12 gelöst. Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
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Erfindungsgemäß umfasst ein Falzwerkzeug zumindest ein Umformelement, zum Umformen eines Werkstücks, wobei das Werkstück beim Umformen einen Falzrand formt, und wobei das Falzwerkzeug ein Anschlagelement umfasst, welches als Anschlag und/oder Führung für den Falzrand ausgebildet ist. Bei dem Werkstück handelt es sich beispielsweise um ein Karosserieblech. Typische Wandstärken derartiger Bleche liegen beispielsweise in einem Bereich von etwa 0,7-1,3 mm. Bevorzugte Werkstoffe sind Stahl oder Aluminium bzw. entsprechende Legierungen. Bei dem Falzrand handelt es sich insbesondere um denjenigen Bereich des Bleches, welcher beim Falzen um eim anderes Blech herum umgeformt, insbesondere also gefalzt oder gebördelt, wird. Der Abschnitt des anderen Blechs, um welchen herum gefalzt wird, wird als Falzflansch bezeichnet. Mit Vorteil weist nun vorliegend das Falzwerkzeug das Anschlagelement auf, welches ausgelegt ist, als Anschlag bzw. als Führung für den Falzrand zu dienen. Mit anderen Worten kann sich der Falzrand beim Falzen sozusagen an dem Anschlag abstützen, wodurch erreicht wird, dass das Werkstück, beispielsweise das Karosserieblech, beim Falzen durch die beim Falzen aufgebrachten Kräfte nicht wegrutscht, entweicht, ausbeult und/oder knickt etc. Bei dem Falzwerkzeug handelt es sich insbesondere um ein Werkzeug zum Roll-Falzen, sodass das Anschlagelement gleichzeitig auch eine Führungsfunktion übernimmt, wenn das Werkzeug sich relativ zur Umformstelle bewegt. Insbesondere ist das Anschlagelement als Anschlag für eine Falzkante des Falzrands ausgebildet. Damit ist gemeint, dass insbesondere eine Kante des Falzrands sich an oder auf dem Anschlagelement abstützt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Umformelement eine Falzrolle, welche drehbar in dem Falzwerkzeug angeordnet bzw. gelagert ist. Bevorzugt erfolgt eine Lagerung mittels Kugellagern. Zweckmäßigerweise ist die Falzrolle als solche antriebslos gelagert. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Falzrolle kegelförmig ausgebildet.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Anschlagelement eine Anschlagfläche, wobei die Anschlagfläche zum Umformelement hin orientiert ist. Gemäß einer Ausführungsform ist die Anschlagfläche beispielsweise in etwa parallel zu einer Drehachse der Falzrolle bzw. des Umformelements ausgebildet. Bei einer zylindrischen Falzrolle, welche entsprechend geneigt zu einem Umformbereich geführt wird, können aber auch andere Winkelstellungen notwendig sein, um die vorgenannte Stütz- bzw. Führungsfunktion zu realisieren.
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Zweckmäßigerweise umfasst das Umformelement eine Umformfläche, wobei die Umformfläche insbesondere derjenige Bereich des Umformelements ist, der die Umformkräfte auf das Werkstück aufbringt bzw. mit dem Werkstück in Kontakt kommt. In bevorzugten Ausführungsformen ist ein Winkel zwischen der Umformfläche und der Anschlagfläche kleiner als 180°, insbesondere kleiner als 90° ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform liegt der Winkel, bei Verwendung einer kegelförmigen Falzrolle z. B. in einem Bereich von etwa 30 bis 50°, insbesondere bei etwa 45°.
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Bevorzugt ist die Anschlagfläche zum Anschlagelement beabstandet, wobei sich der Abstand an den Dimensionen des Falzrands orientiert und in verschiedenen Ausführungsformen in einem Bereich von etwa 2 oder 3 bis etwa 15 oder 20 mm liegt.
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Gemäß einer Ausführungsform weist die Anschlagfläche eine Breite von zumindest etwa 5 mm auf, wobei die Breite entlang einer Bewegungsrichtung des Falzwerkzeugs gemessen wird. Dieses Mindestmaß ermöglicht mit Vorteil die vorgenannte Führungsfunktion des Anschlagelements.
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Gemäß einer Ausführungsform weist das Anschlagelement einen Befestigungsabschnitt auf, über welchen es am Falzwerkzeug befestigt ist. Zweckmäßigerweise handelt es sich um eine lösbare Befestigung, sodass eine ggf. notwendige Austauschbarkeit des Anschlagelements gegeben ist.
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Zweckmäßigerweise erfolgt die Befestigung über Befestigungsmittel wie Schrauben oder dergleichen.
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Gemäß einer Ausführungsform sind der Befestigungsabschnitt und die Anschlagfläche über einen Stegabschnitt verbunden, wobei der Stegabschnitt bevorzugt an einer Stirnfläche des Umformelements angrenzt. Damit wird eine extrem kompakte Bauform des Falzwerkzeugs realisiert. Mit anderen Worten steht der Stegabschnitt im Wesentlichen senkrecht in Bezug auf die Drehachse des Umformelements bzw. der Falzrolle.
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Gemäß einer Ausführungsform ist eine Position bzw. Lage des Anschlagelements relativ zu dem Umformelement einstellbar. Zweckmäßigerweise kann damit auf unterschiedlich große Umformelemente, wie Falzrollen, reagiert werden, ohne dass ein komplett neues Anschlagelement verwendet werden muss.
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Die Erfindung richtet sich auch auf eine Falzeinrichtung, umfassend einen Werkzeugkopf, welcher zumindest ein erfindungsgemäßes Falzwerkzeug aufweist, sowie einen Manipulator, welcher zum Führen und Bewegen des Werkzeugkopfes ausgelegt ist. Zweckmäßigerweise ist der Manipulator ein mehrachsiger, beispielsweise sechsachsiger, Roboter bzw. Roboterarm.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Werkzeugkopf eine Vielzahl von erfindungsgemäßen Falzwerkzeugen auf, beispielsweise drei oder vier, wobei die Umformelemente insbesondere Falzrollen sind, welche unterschiedlich ausgebildet sind. Insbesondere handelt es sich um kegelförmige Falzrollen mit unterschiedlichen Anstellwinkeln, sodass mit der Falzeinrichtung, ohne dass irgendwelche Umbau- oder Umspannmaßnahmen nötig sind, ein komplettes Falzverfahren durchgeführt werden kann. Zweckmäßigerweise beträgt ein Anstellwinkel einer ersten Falzrolle etwa 55-50°, ein Anstellwinkel einer zweiten Falzrolle etwa 35-30° und ein Anstellwinkel einer dritten Falzrolle etwa 20-15°. Bevorzugt weist der Werkzeugkopf ein weiteres Falzwerkzeug auf, umfassend eine Falzrolle mit einem Anstellwinkel von etwa 0°, wobei an dieser Falzrolle kein Anschlagelement mehr vorgesehen sein muss.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Falzeinrichtung ein Falzbett, welches beim Falzen als Gegenlager wirkt, wobei das Falzbett bevorzugt vertikal bzw. senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht orientiert ist.
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Zweckmäßigerweise umfasst die Falzeinrichtung eine Aufspanneinrichtung zum vertikalen Einspannen eines Bauteils, insbesondere einer Fahrzeugtür.
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Die Erfindung richtet sich auch auf ein Verfahren zum Falzen, insbesondere von Karosserieblechen, wobei ein Manipulator zumindest ein Falzwerkzeug umfasst bzw. führt, umfassend den Schritt:
- - Abstützen eines beim Falzen entstehenden Falzrands eines Werkstücks mit einem Anschlagelement.
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Bevorzugt ist das Verfahren bzw. das Falzen als Roll-Falzen, insbesondere also, mit Bezug auf den vorgenannten Manipulator, als robotergestütztes Roll-Falzen ausgebildet. Zweckmäßigerweise wird das Anschlagelement beim Falzen mitgeführt. Hierzu ist das Anschlagelement mit Vorteil direkt am Falzwerkzeug, oder auch am Werkzeugkopf, befestigt.
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Bevorzugterweise wird in mehreren Bahnen, beispielsweise in drei oder vier Bahnen, mit jeweils abnehmenden Anstellwinkeln, gefalzt. Bevorzugte Anstellwinkel wurden bereits genannt.
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Die Erfindung richtet sich auf eine Verwendung eines erfindungsgemäßen Falzwerkzeugs zum Falzen und Bördeln von Fensterschächten von Kraftfahrzeugtüren.
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Die im Zusammenhang mit dem Falzwerkzeug erwähnten Vorteile und Merkmale gelten analog und entsprechend auch für die Falzeinrichtung, das Verfahren sowie für die Verwendung bzw. umgekehrt und untereinander.
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Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen von Falzwerkzeugen mit Bezug auf die beigefügten Figuren.
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Es zeigen:
- 1: eine perspektivische Ansicht eines Werkzeugkopfes umfassend mehrere Falzwerkzeuge mit Anschlagelementen;
- 2: eine Schnittdarstellung eines Werkzeugkopfes, wie aus der 1 bekannt;
- 3: eine Ausführungsform eines Falzwerkzeugs bei der Verwendung in einem Fensterschacht einer Fahrzeugtür.
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1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht einen Werkzeugkopf, umfassend vier Falzwerkzeuge 20, wobei der Werkzeugkopf zur Anordnung an einem hier nicht dargestellten Manipulator, wie beispielsweise einem Roboterarm, ausgelegt ist. Da der Grundaufbau identisch ist, ist vorliegend nur eines der Falzwerkzeuge 20 weiter detailliert beschrieben. So ist mit dem Bezugszeichen 22 ein Umformelement, insbesondere eine kegelförmige Falzrolle, bezeichnet. An dem Falzwerkzeug 20 ist ein Anschlagelement 30 angeordnet, welches einen Befestigungsabschnitt 32 und eine Anschlagfläche 36 aufweist, welche über einen Stegabschnitt 34, der stirnseitig an der Falzrolle 22 verläuft, verbunden sind.
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2 zeigt die aus der 1 bekannte Konfiguration in einer Schnittdarstellung, wobei insbesondere die Anordnung bzw. Lagerung der Falzrollen 22 über entsprechende Kugellager 40 in dem Werkzeugkopf zu erkennen ist. Weiter ist ein Anstellwinkel α skizziert, welcher bei den Falzrollen 22 bevorzugt unterschiedlich ausgebildet ist, da dadurch mit ein und demselben Werkzeugkopf eine komplette Falzoperation durchgeführt werden kann. Gut zu erkennen sind in dieser Darstellung insbesondere die Lage und Orientierung der Anschlagflächen 36, welche zur Abstützung eines Falzrands dienen. Ein Winkel β, welcher sich zwischen der Anschlagfläche 36 und einer mit dem Bezugszeichen 24 bezeichneten Umformfläche erstreckt, liegt hierzu in der hier gezeigten Ausführungsform bei etwa 45°. Mit dem Bezugszeichen D sind weiter die Drehachsen der Falzrollen 22 bezeichnet.
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3 zeigt nun die Verwendung eines Falzwerkzeugs mit einer kegeligen Falzrolle 22 und einem Anschlagelement 30 im Bereich eines Fensterschachts 16 einer Fahrzeugtür, wobei mit dem Bezugszeichen 19 insbesondere ein Fensterrahmen der Fahrzeugtür bezeichnet ist. Mit dem Falzwerkzeug 20 soll ein Werkstück 10 bzw. ein Türaußenblech 18 um ein Türinnenblech 17 gefalzt oder gebördelt werden. Hierbei wird insbesondere ein Falzrand 14 des Türaußenblechs 18 um einen Falzflansch 12 des Türinnenblechs 17 herum umgeformt, wobei zu erkennen ist, dass eine Abstützfläche 36 des Anschlagelements 30 eine Abstützung des Türaußenblechs 18 über dessen Falzrand 14 in einer Ebene eines Falzbetts 50 ermöglicht. Dadurch wird ein Ausbeulen oder Ausknicken bzw. insbesondere ein Wegrutschen des Türaußenblechs 18, in der hier gezeigten Konfiguration insbesondere nach unten, vermieden bzw. verhindert. Deutlich zu erkennen ist, dass mit einem derartigen Falzwerkzeug 20 auch in schwer zugänglichen Bereichen sicher und robotergestützt gearbeitet werden kann, wobei die umzuformenden Bauteile vorteilhafterweise durch das Falzwerkzeug 20 selbst in ihrer jeweiligen Position gehalten werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Werkstück, Blech
- 12
- Falzflansch
- 14
- Falzrand
- 16
- Fensterschacht
- 17
- Türinnenblech
- 18
- Türaußenblech
- 19
- Fensterrahmen
- 20
- Falzwerkzeug
- 22
- Umformelement, Falzrolle
- 24
- Umformfläche
- 30
- Anschlagelement
- 32
- Befestigungsabschnitt
- 34
- Stegabschnitt
- 36
- Anschlagfläche
- 40
- Kugellager
- 50
- Falzbett
- D
- Drehachse
- α
- Anstellwinkel
- β
- Winkel
