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Die Erfindung betrifft ein Presswerkzeug zur Bearbeitung eines Blechbauteils nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Werkzeugkomponente eines solchen Presswerkzeuges nach dem Anspruch 11.
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Die Fertigung von Karosserieblechteilen erfolgt im Karosseriebau in einem Presswerk mit Hilfe von Presswerkzeugen. Diese weisen jeweils ein Werkzeug-Oberteil und ein Werkzeug-Unterteil auf. Im Belastungsfall wird das Werkzeug-Oberteil von einem Pressenstößel mit einer Pressenkraft sowie unter Zwischenlage des Blechbauteils gegen das Werkzeug-Unterteil gefahren. Im Werkzeug-Oberteil sowie im Werkzeug-Unterteil sind Bearbeitungswerkzeuge verbaut, etwa ein Schnittmesser, mit dem zum Beispiel ein Randkantenbeschnitt eines zu bearbeitenden Blechbauteils, zum Beispiel ein Fahrzeugdach, erfolgt.
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Das Werkzeug-Oberteil ist üblicherweise ein gewichtsintensives Graugussteil, das in einem Vollformgussverfahren hergestellt wird. Bei diesem Verfahren ist die Anfertigung eines Gießmodells erforderlich. Dies und die Wandlung in ein metallisches Gussteil in einer Gießerei erfordern mehrere Wochen Zeit. Erst nach dieser Zeit ist eine zerspanende Weiterbearbeitung der WKZ-Komponente möglich. Die Bearbeitungsaufmaße liegen verfahrensbedingt im Bereich von 10-20mm.
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Aus der
DE 198 47 257 A1 ist ein gattungsgemäßes Presswerkzeug bekannt, bei der das Werkzeug-Oberteil aufgeteilt ist in eine Tragstruktur, über die im Belastungsfall die Pressenkraft zum Werkzeug-Unterteil übertragen wird, und in einen presskräftemäßig entlasteten Grundkörper, in dem die Tragstruktur integriert ist. Durch die Aufteilung des Werkzeug-Oberteils in den Werkzeug-Grundkörper und in die darin integrierte Tragstruktur kann das Bauteilgewicht des Werkzeug-Oberteils reduziert werden. Aus der
DE 10 2010 033 816 A1 ist ein weiteres temperiertes Pressenwerkzeug bekannt, bei dem das Werkzeug-Oberteil einen sandwichartigen Aufbau aufweist.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Presswerkzeug zur Bearbeitung eines Blechbauteils sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Werkzeugkomponente für ein Presswerkzeug bereitzustellen, bei der die WKZ-Komponente im Vergleich zum Stand der Technik schneller sowie mit reduziertem Energieeinsatz und Bauteilgewicht herstellbar ist.
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Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 oder 11 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
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Erfindungsgemäß wird die Werkzeugkomponente, das heißt das Werkzeug-Oberteil und/oder das Werkzeug-Unterteil nicht mehr in einem Vollformgussverfahren hergestellt, sondern vielmehr als ein Sandwichaufbau realisiert. Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 weist der Sandwichaufbau in der Pressenkraftrichtung betrachtet zumindest eine stößelseitige Stützplatte und eine werkzeugseitige Stützplatte auf, die über zumindest ein Kraftübertragungselement kraftübertragend miteinander verbunden sind. Das Kraftübertragungselement kann bevorzugt ein stabförmiger Kraftübertragungsbolzen aus einem Vollmaterial sein, der den Grundkörper durchsetzt. Im Belastungsfall erfolgt die Pressenkraftübertragung im Wesentlichen über die Tragstruktur, während der Grundkörper kräftemäßig entlastet ist. Auf diese Weise kann einerseits ein bauteilsteifes formstabiles Werkstück, zum Beispiel ein Oberteil, bereitgestellt werden, das andererseits im Vergleich zum Stand der Technik ein wesentlich geringeres Bauteilgewicht aufweist.
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Jeder der Kraftübertragungsbolzen ist im Belastungsfall in einem Lastpfad integriert. Die Größe des Lastpfads richtet sich nach der Festigkeit des Bolzen-Werkstoffes und/oder nach der Bauteilgeometrie des Kraftübertragungsbolzens.
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In einer technischen Umsetzung kann die Tragstruktur aus einem im Vergleich zum Grundkörper bauteilsteifen Werkstoff ausgebildet sein, insbesondere aus Stahl. Der Grundkörper kann dagegen im Vergleich zur Tragstruktur aus einem Leichtwerkstoff, insbesondere aus Kunststoff, hergestellt sein.
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Im Hinblick auf einen einfachen Sandwichaufbau ist es bevorzugt, wenn die Tragstruktur, das heißt die stößelseitigen und die werkzeugseitigen Stützplatten sowie die zwischengeordneten Kraftübertragungselement nicht unlösbar in dem Kunststoff-Grundkörper eingegossen sind, sondern vielmehr als separate Anbauteile am Kunststoff-Grundkörper montierbar/demontierbar sind. Vor diesem Hintergrund kann in einer bevorzugten Ausführungsvariante die stößelseitige Stützplatte horizontal auf einer, dem Pressenstößel zugewandten Grundkörper-Oberseite positioniert sein. In gleicher Weise kann die werkzeugseitige Stützplatte horizontal auf einer dem Werkzeug-Unterteil zugewandten Grundkörper-Unterseite positioniert sein. Die Stützplatten können dabei fertigungstechnisch bevorzugt in loser Anlage mit den jeweiligen Grundkörper-Seiten sein und über eine bevorzugt lösbare Kraftschlussverbindung am Grundkörper lagerichtig angebunden sein, insbesondere mittels einer Schraubverbindung. Mittels der Schraubverbindung kann die Stützplatte zudem positionsgenau vorpositioniert werden für einen später beschriebenen Schweißvorgang, bei dem die Stützplatte mit dem Kraftübertragungselement verschweißt wird.
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Das Kraftübertragungselement kann in einem Zusammenbauprozess bevorzugt in spielfreier Festpassung in einen Durchführungskanal des Grundkörpers eingesteckt sein. Beispielhaft kann das Kraftübertragungselement vor dem Einsteckvorgang abgekühlt werden, und zwar unter Durchmesserreduzierung, und im abgekühlten Zustand spielbehaftet in den Durchführungskanal des Grundkörpers eingesteckt werden. Die Erwärmung des Kraftübertragungselementes auf die Umgebungstemperatur ist mit einer Durchmesservergrößerung verbunden, wodurch die oben erwähnte spielfreie Presspassung im Grundkörper-Durchführungskanal erzielt wird.
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Eine einwandfreie Kraftübertragung der Pressenkraft über die Tragstruktur des Werkzeug-Oberteils ist von entscheidender Bedeutung. Vor diesem Hintergrund kann das Kraftübertragungselement der Tragstruktur an einer stößelseitigen Knotenstelle an der stößelseitigen Stützplatte verbindungssteif angebunden sein. In gleicher Weise kann das Kraftübertragungselement an einer werkzeugseitigen Knotenstelle an der werkzeugseitigen Stützplatte verbindungssteif angebunden sein.
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Zur Ausbildung einer solchen Knotenstelle kann ein aus dem Grundkörper ragendes Endstück des Kraftübertragungselementes in einer Montageöffnung der jeweiligen Stützplatte eingesteckt sein. Das Endstück kann mit einem Öffnungsrandbereich der Montageöffnung kraftübertragend verbunden sein, insbesondere mittels einer unlösbaren Schweißverbindung.
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Nach Ausbildung der Knotenstelle kann im weiteren Verlauf des Zusammenbau-Prozesses das Endstück des Kraftübertragungselementes noch mit einem Überstand eine Stützplatten-Außenseite überragen. In einer folgenden Spanbearbeitung (bevorzugt Fräsen) kann ein Stützplatten-Aufmaß sowie der noch vorragende Endstück-Überstand abgetragen werden, und zwar unter Bildung einer ebenflächigen, maßhaltigen Stützplatten-Außenseite.
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In einer weiteren Ausführungsvariante kann die werkzeugseitige Stützplatte in Doppelfunktion nicht nur zur Kraftübertragung dienen, sondern auch einen Montageabschnitt aufweisen, an dem ein Bearbeitungswerkzeug zur Bearbeitung des Blechbauteils befestigt ist. Beispielhaft kann ein Schnittmesser oder ein Präge- und/oder Falzwerkzeug an der werkzeugseitigen Stützplatte befestigt sein.
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Demgegenüber kann die stößelseitige Stützplatte in der Werkzeugpresse in unmittelbarem kraftübertragendem Kontakt mit dem Pressenstößel sein. Die stößelseitige Stützplatte des Werkzeug-Oberteils kann einen Montageabschnitt aufweisen, der unmittelbar (zum Beispiel durch eine Schraubverbindung) am Pressenstößel anbindbar ist.
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Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.
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Es zeigen:
- 1 in einer schematischen Teilschnittansicht ein erfindungsgemäßes Presswerkzeug;
- 2 in einer perspektivischen Alleinstellung ein Werkzeug-Oberteil des Presswerkzeugs aus der 1;
- 3 bis 7 jeweils Ansichten, die die Herstellung des in der 2 gezeigten Werkzeug-Oberteils veranschaulichen; und
- 8 in einer Ansicht entsprechend der 1 ein aus dem Stand der Technik bekanntes Presswerkzeug.
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In der 1 ist ein Presswerkzeug gezeigt, wie es beispielhaft bei der Fertigung eines Karosserieblechteils 1 einsetzbar ist. Das Karosserieblechteil 1 ist in der 1 beispielhaft ein Fahrzeugdach, bei dem ein Randkantenbeschnitt erfolgt. Das in der 1 gezeigte Presswerkzeug ist zum einfacheren Verständnis der Erfindung nur insoweit detailliert dargestellt, als es zum Verständnis der Erfindung erforderlich ist, wobei zusätzliche Anbaukomponenten weggelassen sind, die zum Verständnis der Erfindung ohne Bedeutung sind. Demzufolge weist das Presswerkzeug ein Werkzeug-Oberteil 3 und ein Werkzeug-Unterteil 5 auf. Am Werkzeug-Oberteil 3 ist als ein Bearbeitungswerkzeug ein Schnittmesser 7 montiert, mit dem der Randkantenbeschnitt erfolgt. Das Karosserieblechteil 1 ist in der 1 in einem Werkzeugspalt zwischen dem Werkzeug-Oberteil 3 und dem Werkzeug-Unterteil 5 eingelegt und mittels eines Niederhalters 9 gegen das Werkzeug-Unterteil 5 gedrückt.
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In der 1 ist ein Belastungsfall gezeigt, bei dem das Werkzeug-Oberteil 3 von einem Pressenstößel 11 mit einer Pressenkraft FP gegen das Werkzeug-Unterteil 5 gepresst wird.
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Damit das Werkzeug-Oberteil 3 und das Werkzeug-Unterteil 5 im Pressvorgang zueinander lagegenau ausgerichtet sind, weist das Werkzeug-Oberteil 3 in der Pressen-Querrichtung seitlich außen einen in der Pressen-Hochrichtung z nach unten abragenden Führungsstollen 13 auf, der mit einer am Werkzeug-Unterteil 5 ausgebildeten Führungskontur 17 zusammenwirkt. Zwischen der unteren Stirnseite des Führungsstollens 13 und dem Werkzeug-Unterteil 5 ist eine Gasdruckfeder 19 für eine Werkzeug-Distanzierung abgestützt.
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Wie aus der 1 weiter hervorgeht, ist das Werkzeug-Oberteil 3 aufgeteilt in eine Tragstruktur 21, die in einem Kunststoff-Grundkörper 23 integriert ist. Die Komponenten der Tragstruktur sind aus Stahl ausgebildet und übertragen im Belastungsfall die Pressenkraft FP von dem Pressenstößel 11 in Richtung auf das Werkzeug-Unterteil 5. Demgegenüber ist der Kunststoff-Grundkörper 23 kräftemäßig entlastet. Die Tragstruktur 21 des Werkzeug-Oberteils 3 ist in der Pressenkraftrichtung betrachtet als ein Sandwichaufbau realisiert, und zwar mit einer stößelseitigen, oberen Stützplatte 25 und zwei werkzeugseitigen Stützplatten 27, 29, von denen die werkzeugseitige innere Stützplatte 27 einen Montageabschnitt 31 aufweist, an dem das Schnittmesser 7 montiert ist. Die werkzeugseitige äußere Stützplatte 29 bildet die Stirnseite des Führungsstollens 13 des Werkzeug-Oberteils 3, die in Druckanlage mit der Gasdruckfeder 19 ist. Die stößelseitige, obere Stützplatte 25 weist ebenfalls Montageabschnitte 33 (2) auf, über die das Werkzeug-Oberteil 3 mit dem Pressenstößel 11 verspannt ist.
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In der 1 ist die stößelseitige Stützplatte 25 über Druckbolzen 35 kraftübertragend mit den werkzeugseitigen Stützplatten 27, 29 in Verbindung.
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Hierzu sind die Druckbolzen 35 an verbindungssteifen oberen Knotenstellen K1 sowie unteren Knotenstellen K2 verbindungssteif an den oberen und unteren Stützplatten 25, 27, 29 angebunden. Die beiden Druckbolzen 35 sind in Durchführungskanäle 37 des Kunststoff-Grundkörpers 23 passgenau eingesetzt.
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In der 7 sind die Knotenstellen K1, K2 detailliert dargestellt: So ragt jeweils ein oberes und unteres Endstück 39 des Druckbolzens 35 aus dem Kunststoff-Grundkörper 23 und ist das Endstück 39 in eine Montageöffnung 41 der jeweiligen Stützplatte 25, 27, 29 eingesteckt. Das Endstück 39 ist zudem mit einem Öffnungsrandbereich 43 (4 oder 5) der Montageöffnung 41 verschweißt.
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In der 2 ist das Werkzeug-Oberteil 3 in Alleinstellung gezeigt. Demzufolge ist dessen Kunststoff-Grundkörper 23 rahmenförmig ausgebildet mit in der Pressen-Längsrichtung x verlaufenden Längsrahmenteilen 43, die an Eckstellen 46 mit in Pressen-Querrichtung y verlaufenden Querrahmenteilen 45 verbunden sind. Die Eckstellen 46 sind als Tragwangen zum Beispiel aus Aluminiummaterial realisiert, die zur Montage/Demontage des Presswerkzeuges in Eingriff mit zum Beispiel einem Kran bringbar sind.
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In der 2 ist der Kunststoff-Grundkörper 23 nur in der linken Figurenhälfte bis zu einer Längsmittelebene xz gezeigt, während in der rechten Figurenhälfte der Kunststoff-Grundkörper 23 weggelassen ist, so dass die Tragstruktur 21 sichtbar ist. Wie in der 2 gezeigt, weist die Tragstruktur 21 eine Vielzahl von werkzeugseitigen, inneren Stützplatten 27 auf, die entlang eines Fahrzeugdach-Umrisses hintereinander angeordnet sind. An jeder dieser werkzeugseitigen, inneren Stützplatten 27 ist ein nicht gezeigtes Schnittmesser-Segment montierbar. Sämtliche Schnittmesser-Segmente ergeben das sich entlang der Fahrzeugdach-Umfangsseite geschlossen erstreckende Schnittmesser 7. Zudem weist die Tragstruktur 21 in der 2 eine Reihe von werkzeugseitigen, äußeren Stützplatten 29 auf, an denen in der Zusammenbaulage eine Vielzahl von nicht gezeigten Anbaukomponenten angreifen, etwa Distanzelemente oder die in der 1 gezeigte Gasdruckfeder 19.
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Nachfolgend werden anhand der 3 bis 6 Prozessschritte zur Herstellung des in den 1 und 2 gezeigten Werkzeug-Oberteils 3 beschrieben: Demzufolge wird in der 3 zunächst der Kunststoff-Grundkörper 23 mit dem Durchführungskanal 37 bereitgestellt. Anschließend wird der Druckbolzen 35 in den Durchführungskanal 37 des Kunststoff-Grundkörpers 23 eingesteckt, und zwar so, dass dessen Druckbolzen-Endstücke 39 den Kunststoff-Grundkörper 23 überragen (4). Anschließend werden gemäß der 5 die obere und die untere Stützplatte 25, 27 in lose Anlage mit dem Kunststoff-Grundkörper 23 gebracht, wobei die Druckbolzen-Endstücke 39 in die Montageöffnungen 41 der Stützplatten 25, 27 eingesteckt werden. Die äußeren Öffnungsrandbereiche der Montageöffnungen 41 der Stützplatten 25, 27 sind mit einer Senkung 43 ausgebildet.
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Im nachfolgenden Prozessschritt gemäß der 5 werden die Stützplatten 25, 27 an ihren Schraublöchern 44 mit dem Kunststoff-Grundkörper 23 verschraubt (unter Bildung von Schraubverbindungen 45). Daraufhin erfolgt ein Schweißprozess (6), bei dem die Druckbolzen-Endstücke 39 mit dem Öffnungsrandbereich 43 der Montageöffnung 41 der jeweiligen Stützplatte 25, 27 verschweißt wird. Wie aus der 6 hervorgeht, überragen die Druckbolzen-Endstücke 39 die Stützplatten 25, 27 nach außen mit einem Überstand 47. Der Überstand 47 wird zusammen mit einem Stützplatten-Aufmaß Δz (5 oder 6) in einem Fräsprozess abgetragen, wodurch sich eine ebenflächige, maßhaltige Stützplatten-Außenseite ergibt.
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In der 8 ist in einer Ansicht entsprechend der 1 ein Presswerkzeug gemäß dem Stand der Technik gezeigt. Demzufolge ist das Werkzeug-Oberteil 3 nicht als ein Sandwichaufbau realisiert, sondern vielmehr als ein gewichtsintensives Gussbauteil, das in einem Vollformgussverfahren hergestellt ist. Das in der 8 gezeigte Werkzeug-Oberteil ist demnach vollständig aus einem metallischen Gusswerkstoff hergestellt, das in aufwendiger mechanischer Nachbearbeitung zu bearbeiten ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19847257 A1 [0004]
- DE 102010033816 A1 [0004]
