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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Haltevorrichtung zum Halten einer erwärmten thermoformbaren Werkstoffplatte nach Anspruch 1, ein Werkzeug und ein Verfahren zum Bearbeiten einer Werkstoffplatte nach Anspruch 13.
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Plattenförmige Werkstoffe (insbesondere Halbzeuge) aus einem faserverstärkten, z.B. endlosfaserverstärkten, thermoplastischen Kunststoff werden auch als Organobleche bezeichnet. Organobleche stellen thermoformbare (warmumformbare) Verbundwerkstoffe dar und sind daher in der Regel besonders gut zu bearbeiten. Durch die Faserverstärkung können sie zudem bei einem im Vergleich zu Metallblechen besonders geringen Gewicht eine hohe Stabilität aufweisen. Aufgrund dieser Eigenschaften werden Organobleche zunehmend auch im Fahrzeugbau eingesetzt. Dabei wird einem zunächst plattenförmigen Organoblech in einem Umformprozess eine gewünschte Form verliehen, um ein Strukturbauteil herzustellen. Strukturbauteile können insbesondere im Fahrzeugbau z.B. eine tragende und/oder strukturgebende Funktion aufweisen. Die möglichen Einsatzorte sind vielfältig; beispielhaft genannt seien Teile von Sitzgestellen, Türen und der Karosserie.
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Für die Durchführung des Umformprozesses ist es bekannt, das Organoblech im heißen Zustand auf Nadeln einer Haltevorrichtung aufzustecken, um das Organoblech daran zu halten.
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Aus der
DE 10 2013 213 711 A1 ist es bekannt, den Bereich der Lochungen vor einer Wärmestrahlung zu schützen, um ein Ausreißen der Lochungen zu verhindern. Die Lochungen können im aus dem Organoblech hergestellten Strukturbauteil als Befestigungsstellen verwendet werden. Wenn die Lochungen allerdings nur zum Halten eingebracht und danach nicht weiter verwendet werden, kann das Einbringen der Lochungen einen zusätzlichen Arbeitsschritt darstellen, der den Herstellungsprozess aufwändiger macht.
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Bei der
DE 10 2014 203 344 A1 wird ein Basismaterial auf Montageabschnitten unterer Haltestifte platziert, die von einer ersten Innenfläche einer unteren Form in einem offenen Zustand hervorstehen. Anpressabschnitte oberer Haltestifte, die von einer zweiten Innenfläche einer oberen Form hervorstehen, werden in Berührung mit dem Basismaterial gebracht. Nachfolgend wird das Basismaterial zwischen den Montageabschnitten und den Anpressabschnitten angeordnet. Danach wird vorzugsweise ein Vorformen durchgeführt.
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Die
DE 10 2012 106 936 A1 schlägt eine Vorrichtung mit einer Heizeinrichtung zur Herstellung eines Verbundteils vor.
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In der
DE 10 2013 213 711 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Strukturbauteils für Kraftfahrzeuge durch Warmumformung eines aus thermoplastischem Kunststoff mit eingelagerten Endlosfasern verstärkten Halbzeugs in Plattenform beschrieben.
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Besonders dünne Organobleche kühlen nach dem Erwärmen rasch ab. Daher ist es wünschenswert, ein erwärmtes Organoblech möglichst schnell in einem Umformwerkzeug zu positionieren und die Umformung vorzunehmen.
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Der Anmelderin ist es intern aus der Praxis bekannt, Organobleche mit Exzenterklemmen einer Haltevorrichtung direkt an ein Umformwerkzeug zu klemmen, um es rasch umformen zu können. Hierbei kann das erwärmte Organoblech aber bereits vor dem eigentlichen Umformen durch Schließen des Werkzeugs an einigen Stellen in Kontakt mit dem Umformwerkzeug kommen. An diesen Stellen kühlt das Organoblech somit bereits ab, was den Umformprozess beeinträchtigen kann.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Haltevorrichtung bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Haltevorrichtung nach Anspruch 1.
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Eine solche Haltevorrichtung, die zum Halten einer erwärmten thermoformbaren (Verbund-)Werkstoffplatte, insbesondere eines Organoblechs, ausgebildet ist, umfasst eines oder mehrere (insbesondere zwei, drei oder mehr) Paare von beiderseits einer Mittelebene angeordneten und koaxial zueinander ausgerichteten Klemmstiften. Die Klemmstifte sind längserstreckt mit einer Längsachse und mittels einer oder mehreren Antriebseinrichtungen axial (entlang ihrer Längsachsen) verschieblich gelagert. Die Klemmstifte des oder jedes Paars von Klemmstiften weisen einander zugewandte axiale Enden auf und sind dazu eingerichtet, die Werkstoffplatte zwischen ihren axialen Enden an der Mittelebene zu halten. Zwischen den Klemmstiften ist die Werkstoffplatte klemmbar. Das Erwärmen der Werkstoffplatte kann vor dem Halten und/oder während des Haltens durch die Haltevorrichtung erfolgen. Die Werkstoffplatte ist an ihrem oberen Randbereich an den Klemmstiften aufhängbar.
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Durch das Halten der Werkstoffplatte zwischen den koaxial angeordneten Klemmstiften kann auf das Einbringen von Lochungen zu diesem Zweck in die Werkstoffplatte verzichtet werden. Zudem erlaubt das Klemmen zwischen den Klemmstiften eine präzise Kontrolle über die räumliche Lage der Werkstoffplatte. Es ist somit möglich, dass die Werkstoffplatte erst unmittelbar vor einem Umformprozess mit einem Umformwerkzeug in Kontakt gebracht wird. Hierdurch ist es möglich, besonders präzise Umformergebnisse zu erzielen. Zudem ermöglicht es die Haltevorrichtung, besonders dünne Werkstoffplatten sicher zu halten.
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Die Verwendung der Haltevorrichtung zum Halten einer erwärmten Werkstoffplatte ermöglicht daher besonders gute Bearbeitungsresultate. Hierdurch ist es insbesondere möglich, mit der Haltevorrichtung ein Organoblech zur Herstellung eines Türmoduls für ein Kraftfahrzeug zu halten, für die oftmals besonders dünne Organobleche eingesetzt werden.
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Die thermoformbare Werkstoffplatte ist insbesondere als Verbundwerkstoffplatte ausgebildet und weist Fasern auf, die in eine thermoplastische Kunststoffmatrix eingebettet sind. Bei der Verbundwerkstoffplatte handelt es sich insbesondere um ein Organoblech, z.B. in Form eines Zuschnitts. Die Fasern können in Form von Gelegen, Geweben oder Gestricken, z.B. aus Glas-, Kevlar-, Kohle- oder Kunststofffasern, insbesondere in Form von Endlosfasern vorliegen. Als Matrixmaterialien eignen sich z.B. Polyolefine, insbesondere Polypropylen, sowie Plexiglas, Polycarbonat, Polystyrol und/oder Polyamid.
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Die eine oder die mehreren Antriebseinrichtungen können z.B. pneumatisch, hydraulisch oder mechanisch angetrieben sein. Hierdurch können präzise axiale Bewegungen der Klemmstifte gesteuert werden.
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In einer Ausgestaltung sind die eine oder die mehreren Antriebseinrichtungen ausgebildet, über die axialen Enden der koaxial zueinander ausgerichteten (einander gegenüberliegenden) Klemmstifte eine vorgegebene oder vorgebbare Haltekraft auf die Werkstoffplatte auszuüben. Je nach der Belastbarkeit und dem Gewicht der Werkstoffplatte kann somit eine entsprechende Haltekraft eingestellt werden.
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Es können mehrere Antriebseinrichtungen vorgesehen sein. Optional sind die mehreren Antriebseinrichtung ausgebildet, Klemmstifte mit voneinander verschiedenen Haltekräften gegen die Werkstoffplatte zu pressen. Sind die von der einen Seite der Werkstoffplatte auf die Werkstoffplatte ausgeübten Kräfte größer als die von der anderen Seite darauf ausgeübten Kräfte, wird die Werkstoffplatte bezüglich einem feststehenden Teil der Haltevorrichtung und/oder eines Untergrundes bewegt.
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Gemäß einem Aspekt wird ein Werkzeug zum Umformen einer erwärmten thermoformbaren Werkstoffplatte bereitgestellt, das eine Haltevorrichtung zum Halten der erwärmten thermoformbaren Werkstoffplatte, insbesondere eine Haltevorrichtung nach einer beliebigen, hierin beschriebenen Ausführung umfasst. Die Haltevorrichtung umfasst zumindest ein Paar von beiderseits einer Mittelebene angeordneten und koaxial zueinander ausgerichteten Klemmstiften, die mittels einer oder mehreren Antriebseinrichtungen axial verschiebbar gelagert und dazu eingerichtet sind, die Werkstoffplatte zwischen ihren axialen Enden an der Mittelebene zu halten. Dabei ist vorgesehen, dass die Werkstoffplatte von oben kommend in das auf einem Untergrund ruhende Werkzeug einführbar ist. Die Haltevorrichtung kann die Werkstoffplatte besonders gut halten, ohne dass es zu Lochungen oder unerwünschten Abkühlungen der Werkstoffplatte kommt, und dem Umformprozess zuführen.
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Die Haltevorrichtung des Werkzeugs kann dazu ausgebildet sein, mit Beginn der Umformung die von den Klemmstiften auf die Werkstoffplatte ausgeübten Haltekräfte zu lösen. Hierdurch erlauben die Haltestifte eine ungehinderte Umformung der Werkstoffplatte, wobei ggf. auch Materialabschnitte seitlich nachrutschen.
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Das Werkzeug umfasst in einer Ausgestaltung zwei zueinander bewegliche Werkzeughälften, die eine geöffnete Stellung und eine geschlossene Stellung aufweisen. Die Werkzeughälften sind insbesondere so ausgebildet, dass in der geöffneten Stellung zwischen den Werkzeughälften eine Werkstoffplatte einsetzbar ist. Mittels der Haltevorrichtung kann die Werkstoffplatte zwischen den Werkzeughälften gehalten werden. Die Werkstoffplatte kann durch Bewegen der beiden Werkzeughälften relativ zueinander in die geschlossene Stellung in eine vorbestimmte Form umgeformt werden.
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Die Klemmstifte sind vorzugsweise an den Werkzeughälften, insbesondere an Umformkavitäten der Werkzeughälften axial verschiebbar gelagert. Dies erlaubt eine präzise Halterung bis in die geschlossene Stellung der Werkzeughälften hinein. Die Schließrichtung der Werkzeughälften ist vorzugsweise parallel zur Verschieberichtung der Klemmstifte.
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In einer Ausgestaltung sind die Klemmstifte eingerichtet, einen Abstand zwischen den Werkzeughälften von etwa 20 bis 30 cm, insbesondere von etwa 25 cm zu überbrücken. Dieser Abstand ist ausreichend, um die Werkstoffplatte (z.B. von oben kommend) zwischen die Werkzeughälften einzuführen. Die Klemmstifte können dann ausfahren und die Werkstoffplatte halten, z.B. auf halbem Weg zwischen den Werkzeughälften. Die ausfahrbare Gesamtlänge eines Paars koaxialer Klemmstifte beträgt somit z.B. 20 bis 30 cm, insbesondere 25 cm.
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Gemäß einer Ausgestaltung sind die Klemmstifte bei bestimmungsgemäßer Benutzung des Werkzeugs an oberen Bereichen der Werkzeughälften angeordnet. So sind nur wenige Klemmstifte nötig, an denen die Werkstoffplatte (an ihrem oben angeordneten Rand) aufgehängt werden kann.
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Optional ist das Werkzeug zum Spritzgießen von Spritzgussmaterial an die zwischen den Werkzeughälften angeordnete Werkstoffplatte ausgebildet. Bei einem Anspritzen der Werkstoffplatte, insbesondere eines Organoblechs, mit Kunststoffmaterial kann die thermoplastische Matrix anschmelzen, wodurch eine stoffschlüssige Verbindung mit dem angespritzten Kunststoffmaterial entstehen kann. Auf diese Weise können in einem einzigen Werkzeug Werkstoffplatten so bearbeitet werden, dass Strukturbauteile geformt und mit zusätzlichen Komponenten versehen werden. Durch den Einsatz der Haltevorrichtung ist es möglich, die Klemmstifte bei Beginn des Umformprozesses aktiv von der Werkstoffplatte abzuziehen, sodass auch der Bereich der vorher von den Klemmstiften eingenommen war, mit Spritzgussmaterial versehen werden kann.
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Das Werkzeug kann insbesondere dazu ausgebildet sein, ein Türmodul oder ein anderes Strukturbauteil für ein Kraftfahrzeug herzustellen. An der Werkstoffplatte, insbesondere in Form eines Organoblechs, ist mit dem Werkzeug zumindest eine Schnittstelle für eine Fahrzeugtürkomponente ausbildbar, z.B. in Form einer Lautsprecheraufnahme oder in Form einer Führungsschiene für einen Fensterheber.
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Die oben genannte Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 13.
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Danach wird ein Verfahren zum Bearbeiten einer Werkstoffplatte (insbesondere einer Verbundwerkstoffplatte, z.B. eines Organoblechs) vorgeschlagen, das die folgenden Schritte umfasst:
- - Erwärmen der Werkstoffplatte;
- - Anordnen der Werkstoffplatte zwischen einem oder mehreren Paaren von koaxial zueinander ausgerichteten Klemmstiften einer Haltevorrichtung einer beliebigen hierin beschriebenen Ausgestaltung; und
- - Halten der Werkstoffplatte zwischen axialen Enden der Klemmstifte.
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Dabei ist es sowohl möglich, die Schritte in der vorstehend angegebenen Reihenfolge durchzuführen, sowie auch, den Schritt des Erwärmens erst nach dem Anordnen der Werkstoffplatte oder sogar erst während des Haltens durchzuführen. Das Erwärmen erfolgt z.B. mittels einer Infrarotlampe oder dergleichen.
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Mit dem beschriebenen Verfahren ist es möglich, Werkstoffplatten auch ohne für das Halten vorgesehene Lochungen zu bearbeiten. Auch besonders dünne Werkstoffplatten lassen sich mit dem vorgeschlagenen Verfahren schonend bearbeiten.
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Vorzugsweise umfasst das Verfahren ferner ein Umformen der Werkstoffplatte mittels eines Werkzeugs nach einer beliebigen, hierin beschriebenen Ausgestaltung.
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Mit Beginn der Umformung der Werkstoffplatte werden die Klemmstifte der Haltevorrichtung optional drucklos gestellt (sodass sie zurückweichen können) oder aktiv zurückgezogen. Hierdurch wird ein ungehinderter und effektiver Umformprozess ermöglicht.
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Zumindest einer der Klemmstifte kann mit einer anderen Geschwindigkeit als eine der Werkzeughälften des Werkzeugs bezüglich der anderen der Werkzeughälften des Werkzeugs bewegt werden. Zum Beispiel werden die Klemmstifte mit der halben Geschwindigkeit der Schießbewegung der Werkzeughälften verschoben. Hierdurch ist es möglich, die Werkstoffplatte erst unmittelbar vor Beginn des Umformprozesses in Kontakt mit den (im Vergleich zur Werkstoffplatte kühlen) Werkzeughälften zu bringen. Somit kann die noch sehr homogen erwärmte Werkstoffplatte dem Umformprozess zugeführt werden, was einen qualitativ besonders hochwertigen Umformprozess ermöglicht.
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Das Verfahren ist in einer Ausgestaltung zur Herstellung eines Türmoduls oder eines anderes Strukturbauteils für ein Kraftfahrzeug ausgebildet. Dabei kann die Werkstoffplatte in Form eines Organoblechs bereitgestellt werden. An der Werkstoffplatte, insbesondere des Organoblechs, wird zumindest eine Schnittstelle für eine Fahrzeugtürkomponente ausgebildet, z.B. in Form einer Lautsprecheraufnahme oder in Form einer Führungsschiene für einen Fensterheber. Zur Herstellung von Türmodulen, die z.B. eine feuchte Seite von einer trockenen Seite einer Fahrzeugtür trennen können, ist es möglich, besonders dünne Organobleche einzusetzen, die bei bekannten Haltemethoden ggf. zu schnell abkühlen.
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Optional sieht das Verfahren den Schritt eines Spritzgießens von Spritzgussmaterial an die Werkstoffplatte vor. Die Haltevorrichtung ermöglicht es, wie bereits oben beschrieben, die Klemmstifte vor dem Spritzgießen von der Werkstoffplatte zu entfernen, sodass besonders gute Spritzgussresultate erzielbar sind.
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Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke soll nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Ansicht einer Anordnung von Formeinsätzen zweier Werkzeughälften eines Werkzeugs mit einer Haltevorrichtung in einem geöffneten Zustand;
- 2 die Anordnung gemäß 1 mit einer zwischen den Formeinsätzen angeordneten Werkstoffplatte;
- 3 die Anordnung gemäß 1 und 2, wobei die Werkstoffplatte mittels der Haltevorrichtung gehalten ist;
- 4 die Anordnung gemäß 1 bis 3, wobei die Formeinsätze der Werkzeughälften einander angenähert sind;
- 5 eine perspektivische Ansicht eines Werkzeugs mit zwei Werkzeughälften mit jeweils zwei Formeinsätzen und zwei Haltevorrichtungen gemäß 1 bis 4, wobei zwei Werkstoffplatten mittels den Haltevorrichtungen gehalten sind;
- 6 eine perspektivische Ansicht des Werkzeugs gemäß 5 in einem geschlossenen Zustand;
- 7A und 7B Draufsichten auf Innenseiten der Werkzeughälften des Werkzeugs gemäß 5 und 6;
- 8A eine Draufsicht auf die Innenseite eines Formeinsatzes des Werkzeugs gemäß 5 bis 7B;
- 8B eine Draufsicht auf die Innenseite eines zum Formeinsatz gemäß 8A komplementären Formeinsatzes des Werkzeugs gemäß 5 bis 7B; und
- 9A bis 9C Draufsichten auf eine Werkstoffplatte in verschiedenen Stadien der Bearbeitung mit dem Werkzeug gemäß 5 bis 7B.
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1 zeigt eine Haltevorrichtung 1 mit einer Vielzahl von Klemmstiften 10A, 10B. Jeder der Klemmstifte 10A, 10B ist länglich mit einer Längsachse. Die Klemmstifte 10A, 10B sind dabei jeweils paarweise angeordnet. Jedes Paar von zwei Klemmstiften 10A, 10B ist so angeordnet, dass die Längsachsen der beiden Klemmstifte 10A, 10B koaxial zueinander ausgerichtet sind. Vorliegend sind beispielhaft drei Paare von Klemmstiften 10A, 10B vorgesehen. Im gezeigten Beispiel sind die Klemmstifte 10A, 10B jeweils zylinderförmig, konkret kreiszylinderförmig, wobei die Zylinderachse der Längsachse entspricht.
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Von jedem Paar ist jeweils einer der Klemmstifte 10A auf einer Seite einer Mittelebene M angeordnet, während der andere der Klemmstifte 10B auf der anderen Seite der Mittelebene M angeordnet ist. Sämtliche Klemmstifte 10A, 10B sind mit ihren Längsachsen senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zur Mittelebene M angeordnet.
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Die Haltevorrichtung 1 umfasst ferner mehrere Antriebseinrichtungen 11. Jeweils zwei Klemmstifte 10A, 10B auf beiden Seiten der Mittelebene M sind mit einer gemeinsamen Antriebseinrichtung 11 gekoppelt. Beiderseits der Mittelebene M ist ferner jeweils ein dritter Klemmstift 11 mit einer weiteren Antriebseinrichtung 11 gekoppelt.
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Die Antriebseinrichtungen 11 sind dazu ausgebildet, die Klemmstifte 10A, 10B entlang ihrer Längsachsen zu verschieben, konkret aufeinander zu und voneinander weg. 1 zeigt einen Zustand, in dem die Klemmstifte 10A, 10B zurückgefahren (von der Mittelebene M beabstandet) sind.
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2 zeigt, wie eine warmumformbare Werkstoffplatte 4 zwischen den beiderseits der Mittelebene M angeordneten Klemmstiften 10A, 10B platziert wird, vorliegend im Wesentlichen an der Mittelebene M. Die Paare von Klemmstiften 10A, 10B können mittels der Antriebseinrichtungen 11 aufeinander zu gefahren werden, um die Werkstoffplatte 4 zu ergreifen, z.B. an der Mittelebene M, und zwischen ihren axialen Enden 100 kraftschlüssig (optional auch formschlüssig) zu halten, wie insbesondere in 3 gezeigt. Die axialen Enden 100 sind stumpf. Beispielweise werden die axialen Enden 100 von koaxial zueinander ausgerichteten Klemmstiften 10A, 10B durch zueinander parallele Flächen ausgebildet.
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Vorliegend sind die Antriebseinrichtungen 11 als pneumatische Antriebseinrichtungen ausgebildet, wobei insbesondere auch hydraulische oder mechanische, z.B. elektromotorische Antriebseinrichtungen denkbar sind. Optional werden mehrere oder sämtliche Antriebseinrichtungen 11 von einer gemeinsamen Druckquelle mit Druckluft beaufschlagt. Die Antriebseinrichtungen 11 können jeweils eine vorgegebene oder vorgebbare Haltekraft F1, F2 auf die gehaltene Werkstoffplatte 4 ausüben (siehe insbesondere 3).
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Im Vergleich zwischen den 2 und 3 ist erkennbar, dass die jeweiligen Paare von zueinander koaxialen Klemmstiften 10A, 10B auf einander zu ausgefahren sind. Die axialen Enden 100 der Klemmstifte 10A, 10B sind durch die Werkstoffplatte 4 voneinander beabstandet. Die 3 zeigt ferner, dass an jedem der Klemmstifte 10A, 10B ein Anschlag 101 ausgebildet ist, der den Verschiebeweg des Klemmstifts 10A, 10B in der ausgefahrenen Position (siehe 3) und/oder in der eingefahrenen Position (siehe 1 und 2) begrenzt.
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Mittels der Haltevorrichtung 1 ist ein Übergabeprozess an die Haltevorrichtung 1 besonders schnell durchführbar, insbesondere durch die von beiden Seiten ankommenden Klemmstifte 10A, 10B.
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Insbesondere die 1 bis 4 zeigen ferner zwei Formeinsätze 200, 210 eines Werkzeugs, das in den nachfolgenden Figuren noch näher erläutert werden wird. Die Formeinsätze 200, 210 bilden an ihren einander zugewandten Innenseiten ein Profil aus, welches eine spätere Form der zunächst ebenen Werkstoffplatte 4 vorgibt.
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Die Formeinsätze 200, 210 weisen Durchführungen, z.B. Bohrungen, auf, in denen die Klemmstifte 10A, 10B gelagert und geführt sind. An den Innenseiten der Formeinsätze 200, 210 sind in der Ansicht gemäß 1 und 2 einige axiale Enden 100 der Klemmstifte 10A, 10B sichtbar.
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Einer der Formeinsätze 200, 210, vorliegend der in den 1 bis 4 jeweils rechts dargestellte Formeinsatz 200, ist fest auf einem Untergrund U montiert. Der andere Formeinsatz 210 ist bezüglich des fest montierten Formeinsatzes 200 verschiebbar gelagert, und zwar vorliegend entlang einer Verschiebeachse, die parallel zu den Längsachsen der Klemmstifte 10A, 10B (und deren Verschiebeachsen) ausgerichtet ist. Die Verschiebeachse des verschiebbaren Formeinsatzes 210 ist senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zur Mittelebene M ausgerichtet.
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Um die Werkstoffplatte 4 beim Schließen der Formeinsätze 200, 210 erst möglichst spät mit einem der Formeinsätze 200, 210 in Berührung zu bringen, ist es möglich, die beiden Klemmstifte 10A, 10B eines Paars, insbesondere sämtliche Klemmstifte 10A, 10B, gemeinsam in dieselbe Richtung zu verschieben, während die Werkstoffplatte 4 dabei weiter sicher gehalten ist. Hierzu ist mit der oder wie im vorliegenden Beispiel den Antriebseinrichtungen 11 der Klemmstifte 10A auf einer Seite der Werkstoffplatte 4 eine größere Haltekraft F1 ausübbar als mit der oder den Antriebseinrichtungen 11 der Klemmstifte 10B auf der anderen Seite. Zum Beispiel üben die Antriebseinrichtungen 11 auf der Seite des verschiebbaren Formeinsatzes 210 einen Druck von 5 bar auf die Klemmstifte 10A aus, während die Antriebseinrichtungen 11 auf der anderen Seite einen Druck von 3 bar auf die Klemmstifte 10B ausüben. Hierdurch kann ein definiertes Fixieren der Werkstoffplatte 4 in einer der Werkzeughälften 20, 21 erzielt werden.
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Die Antriebseinrichtungen 11 können ausgebildet sein, die Bewegung der Klemmstifte 10A, 10B mit einer Bewegung des verschiebbaren Formeinsatzes 210 zu koordinieren. Beispielsweise bewegen die Antriebseinrichtungen 11 die Klemmstifte 10A, 10B (und damit die davon gehaltene Werkstoffplatte 4) mit der Hälfte der Geschwindigkeit des verschiebbaren Formeinsatzes 210.
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Die Antriebseinrichtungen 11 können für komplexe Verschiebebewegungen auch jeweils einzeln ansteuerbar sein. Beispielsweise können einzelne Paare von Klemmstiften 10A, 10B mit einer anderen Geschwindigkeit bewegt werden als andere. Hierdurch kann die erwärmte Werkstoffplatte 4 bereits an die Form der Formeinsätze 210 angepasst werden. Während des Umformprozesses können die Klemmstifte 10A, 10B einzeln oder gruppenweise nacheinander gelöst und/oder aktiv zurückgefahren werden.
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5 zeigt die Anordnung gemäß 4 mit weiteren Komponenten des Werkzeugs 2.
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Das Werkzeug 2 umfasst jeweils zwei feststehende Formeinsätze 200 (teilweise verdeckt in der Ansicht gemäß 5), die an einem Rahmen 201 einer feststehenden Werkzeughälfte 20 montiert sind. Das Werkzeug umfasst ferner zwei verschiebbare Formeinsätze 210, die an einem Rahmen 211 einer bezüglich der feststehenden Werkzeughälfte 20 beweglichen Werkzeughälfte 21 montiert sind.
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Auch die Antriebseinrichtungen 11 sind jeweils an den Rahmen 201, 211 montiert, sodass sie die Klemmstifte 10A, 10B bezüglich des jeweiligen Rahmens 201, 211 verschieben können.
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5 zeigt ferner insgesamt sechs Paare von Klemmstiften 10A, 10B pro gehaltener Werkstoffplatte. Auch eine sehr dünne Werkstoffplatte 4 kann so im Wesentlichen ohne durchzuhängen gehalten werden. Je nach Größe der Werkstoffplatte sind alternativ aber auch andere Anzahlen von Paaren von Klemmstiften 10A, 10B möglich, z.B. zumindest zwei oder zumindest drei Paare. Die Formeinsätze 200, 210 können entsprechend jeweils zumindest zwei oder zumindest drei Führungen für jeweils einen Klemmstift 10A, 10B aufweisen.
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6 zeigt das Werkzeug 2 mit den beiden Werkzeughälften 20, 21 in einem geschlossenen Zustand. Bei dem Werkzeug 2 handelt es sich um ein kombiniertes Umform- und Spritzgusswerkzeug.
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Ferner zeigt 6 eine Steuereinheit 12 der Haltevorrichtung 1, die mit den Antriebseinrichtungen 11 (im Allgemeinen mit zumindest einer Antriebseinrichtung 11) wirkverbunden ist. Die Steuereinheit 12 kann die Bewegung der Klemmstifte 10A, 10B mittels der Antriebseinrichtung(en) 11 steuern.
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Bevor weiter unten ein Verfahren zum Bearbeiten einer Werkstoffplatte 4 unter Verwendung des Werkzeugs 2, insbesondere der Haltevorrichtung 1 des Werkzeugs 2, beschrieben werden wird, werden nachfolgend zunächst die Werkzeughälften 20, 21 und insbesondere die Formeinsätze 200, 210 näher erläutert werden.
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Die 7A und 7B zeigen Ansichten der formgebenden Innenseiten der Werkzeughälften 20, 21. Die formgebenden Innenseiten der Werkzeughälften 20, 21 (konkret der Formeinsätze 200, 210) definieren jeweils eine Umformkavität 202, 212. Die Umformkavitäten 202, 212 der Werkzeughälften 20, 21 sind im Wesentlichen komplementär zueinander ausgebildet, um dazwischen jeweils ein Kraftfahrzeug-Türmodul auszuformen. Jede Werkzeughälfte 20, 21 umfasst dabei jeweils einen Formeinsatz 200, 210 für die Fahrertür und einen für die Beifahrertür.
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Am im Betrieb des Werkzeugs 2 am oberen Rand der Formeinsätze 200, 210 angeordnet sind die Klemmstifte 10A, 10B, von denen in der Draufsicht gemäß 7A und 7B die axialen Enden 100 sichtbar sind.
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Das Werkzeug 2 umfasst ferner zumindest einen Schieber 22, im gezeigten Beispiel zwei Schieber 22, jeweils einen pro Formeinsatz 210. Die Schieber 22 dienen zum Erzeugen von Hinterschneidungen während eines Spritzgussvorgangs im Werkzeug 2. Gemäß 7B ist es mittels der Schieber möglich, Führungsschienen für einen Fensterheber an der Werkstoffplatte 4 anzuformen.
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Die 8A und 8B zeigen die komplementären Formeinsätze 200, 210 im Detail. Darin ist insbesondere die Anordnung der Klemmstifte 10A, 10B am Rand der Umformkavitäten 202, 212 zu erkennen. Ferner ist veranschaulicht, dass in den Formeinsätzen 200, 210 Formen für Fahrzeugtür-Komponenten ausgebildet sind, vorliegend eine Lautsprecherform 23 sowie Führungsschienenformen 24.
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An den Formeinsätzen 200, 210 sind ferner mehrere Voreiler und Kernzüge angebracht. Ein Voreiler kann gegenüber benachbarten Abschnitten des jeweiligen Formeinsatzes 200, 210 bewegbar sein und in der Hauptentformungsrichtung hervorragen, z.B. um 2 bis 5 mm, um die Werkstoffplatte 4 vorzuformen (z.B. damit Material nachrutschen kann). Kernzüge ermöglichen Hinterschneidungen bei einem Spritzgießen.
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Anhand der 9A bis 9C und unter erneutem Bezug auf die 1 bis 6 wird nun ein Verfahren zum Bearbeiten der thermoformbaren Werkstoffplatte 4 erläutert werden.
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Zunächst wird eine Werkstoffplatte 4 bereitgestellt, hier in Form eines Organoblechzuschnitts, siehe 9A. Die Werkstoffplatte 4 ist zunächst eben, erstreckt sich im Wesentlichen innerhalb einer Ebene. Die Werkstoffplatte 4 ist bereits mit mehreren Ausnehmungen versehen, welche im fertiggestellten Türmodul vorgegebene Funktionen erfüllen, und mit einem äußeren Umriss, der bereits der äußeren Form des Türmoduls ähnelt.
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In einer nicht dargestellten Heizstation wird die Werkstoffplatte 4 erwärmt. Das Erwärmen erfolgt auf eine Temperatur, bei der die Werkstoffplatte 4 im Werkzeug 2 ohne Beschädigung (z.B. durch Zerbrechen) plastisch umformbar ist, insbesondere in einem Zeitfenster von wenigen Sekunden. Die Werkzeughälften 20, 21 werden oder sind bereits geöffnet, siehe 1.
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Daraufhin wird die erwärmte Werkstoffplatte 4 in das Werkzeug 2 eingeführt, konkret zwischen den beiden Werkzeughälften 20, 21, siehe 2. Dabei wird die Werkstoffplatte 4 insbesondere zwischen den gegenüberliegenden axialen Enden 100 der Paare von Klemmstiften 10A, 10B der Haltevorrichtung 1 angeordnet. Beispielsweise wird die Werkstoffplatte 4 im Wesentlichen auf die Mittelebene M hin ausgerichtet. Die Werkstoffplatte 4 ist insbesondere von oben kommend in das auf dem Untergrund U ruhende Werkzeug 2 einführbar, z.B. mittels einer Hebevorrichtung.
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Daraufhin werden die Klemmstifte 10A, 10B der Haltevorrichtung 1 ausgefahren, bis sie die Werkstoffplatte 4 zwischen sich festklemmen. Dabei bewegt sich jeweils ein Paar von Klemmstiften 10A, 10B aufeinander zu. Jedes Paar von koaxialen Klemmstiften 10A, 10B übt Haltekräfte F1, F2 auf die Werkstoffplatte 4 aus, sodass diese sicher gehalten ist (an ihrem oberen Randbereich aufgehängt ist), insbesondere mittig zwischen den Werkzeughälften 20, 21. Je nach Größe und Gewicht der Werkstoffplatte 4 kann es zweckmäßig sein, die Haltekräfte so einzustellen, dass die Klemmstifte 10A, 10B die Werkstoffplatte 4 (leicht) eindrücken.
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Daraufhin wird die bewegliche Werkzeughälfte 21 hin zur feststehenden Werkzeughälfte 20 verschoben. Gleichzeitig werden die Klemmstifte 10A, 10B eingefahren, siehe 4 und 5. Die Bewegung der Klemmstifte 10A, 10B ist gekoppelt an die Bewegung der Werkzeughälften 20, 21 zueinander. Die Werkstoffplatte 4 kommt dadurch erst so spät wie möglich in Berührung mit einer der Werkzeughälften 20, 21.
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Durch eine weitere Schließbewegung wird die Werkstoffplatte 4 in den Umformkavitäten 202, 212 der Werkzeughälften 20, 21 umgeformt. Durch das Halten der Werkstoffplatte 4 mittels der Haltevorrichtung 1 ist die Werkstoffplatte 4 nur unwesentlich abgekühlt, ist insbesondere bei Beginn des Umformprozesses noch sehr homogen erwärmt. Hierdurch sind besonders gute Umformresultate möglich.
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Während des Umformens werden die Klemmstifte 10A, 10B drucklos gestellt oder aktiv (von der Werkstoffplatte 4) zurückgefahren. Hierdurch wird eine besonders ungehinderte Umformung ermöglicht, was auch die Anordnung der Klemmstifte 10A, 10B an den Formeinsätzen 200, 210 bei der Herstellung des Werkzeugs 2 erleichtern kann.
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Das geschlossene Werkzeug 2 zeigt 6; die umgeformte Werkstoffplatte 4 ist darin aufgenommen. Nach dem Umformen ist die Werkstoffplatte 4 nicht mehr eben, sondern weist ein Profil 40 auf, wie z.B. in 9B veranschaulicht. Daran sind bereits spätere Schnittstellen für einen Lautsprecher und Fensterheber-Führungsschienen erkennbar.
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Das Werkzeug 2 ist ein kombiniertes Umform- und Spritzgusswerkzeug. Nach oder noch während des Umformens wird Spritzgussmaterial an die Werkstoffplatte 4 angespritzt. Das Anspritzen des Spritzgussmaterials kann das Umformen unterstützen. Nach dem Spritzgießen öffnet sich das Werkzeug 2. Eine Vielzahl von Auswerfern an beiden Werkzeughälften 20, 21 lösen das fertige Türmodul 3 aus den Umformkavitäten 202, 212, indem sie wenige Millimeter ausgefahren werden.
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9C zeigt das Türmodul 3. Mittels des Umformens und des Spritzgießens sind mehrere Schnittstellen für Fahrzeugtürkomponenten ausgebildet worden. Am fertiggestellten Türmodul 3, das die Werkstoffplatte 4 umfasst, sind z.B. eine Lautsprecheraufnahme 30 und zwei Führungsschienen 31 zum Führen einer Fensterscheibe ausgebildet.
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Durch den Einsatz der Haltevorrichtung 1 kann nicht nur die Qualität des Umformens verbessert werden sondern auch eine erhöhte Stückzahl an Türmodulen 3 in derselben Zeit hergestellt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Haltevorrichtung
- 10A, 10B
- Klemmstift
- 100
- Ende
- 101
- Anschlag
- 11
- Antriebseinrichtung
- 12
- Steuereinheit
- 2
- Werkzeug
- 20
- feststehende Werkzeughälfte
- 200
- Formeinsatz
- 201
- Rahmen
- 202
- Umformkavität
- 21
- bewegliche Werkzeughälfte
- 210
- Formeinsatz
- 211
- Rahmen
- 212
- Umformkavität
- 22
- Schieber
- 23
- Lautsprecherform
- 24
- Führungsschienenform
- 3
- Türmodul
- 30
- Lautsprecheraufnahme, Schnittstelle
- 31
- Führungsschiene, Schnittstelle
- 4
- Werkstoffplatte
- 40
- Profil
- F1, F2
- Haltekraft
- M
- Mittelebene
- U
- Untergrund
