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Die
Erfindung betrifft ein Werkzeug zum Umformen von Blechen oder Kunststoffolien,
umfassend eine Matrize und einen der Matrize gegenüberliegend
angeordneten Stempel, wobei die Matrize oder der Stempel zu einer
Axialbewegung antreibbar ist.
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Ebenso
sind alle anderen Teilumformbereiche, wie Fertigziehen, Nachschlagen,
Nachformen, Hochstellen, Abkanten, Biegen, Prägen und Formstanzen ausrüstbar.
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Derartige
Werkzeuge werden in großem
Umfang in der Automobilindustrie, insbesondere im Karosseriebau
verwendet. Beim Umformen von duktilen Materialien, wie zum Beispiel
Blechen oder Kunststoffolien, kann es in den besonders stark verformten Bereichen
zur Rißbildung
kommen. Solche Risse müssen
möglichst
frühzeitig
entdeckt werden, um das schadhafte Umformteil aussondern zu können. Zu
spät entdeckte
Risse verursachen Nachkontrollen und Rückwärtsprüfungen bis hin zu internen
oder sogar externen Rückrufaktionen,
falls die schadhaften Umformteile bereits eingebaut sind. Es besteht
daher ein Bedarf an automatisch arbeitenden Prüfeinrichtungen. Bekannt sind
automatisch durchgeführte Durchleuchtprüfungen mit
einer besonders ausgebildeten Digitalkamera und einem Rechnerprogramm. Es
ist auch eine mit Infrarotlicht arbeitende Durchleuchtungseinrichtung
bekannt. Diese bekannten Durchleuchtverfahren sind zwar automatisierbar, aber
sehr aufwendig. Es ist auch eine magnetische Rißprüfung bekannt. Die entsprechenden
Magneten sind aus Platzgründen
zumeist nicht in das Werkzeug selbst, sondern in eine Beschnitteinrichtung
eingebaut. Aus diesem Grund wird noch überwiegend mit Sichtprüfungen am
Pressenausgang gearbeitet. Diese Sichtprüfungen sind aber sehr arbeitsintensiv,
weil das Umformteil gedreht werden muß, um alle gefährdeten
Bereiche zu inspizieren, und die Prüfperson ermüdet rasch.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Werkzeug
dahingehend weiterzubilden, daß das
Blech oder die Folie unmittelbar nach dem Umformvorgang automatisch
mit großer Zuverlässigkeit
auf das Vorhandensein von 'Rissen überprüft werden
kann.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe dadurch gelöst,
daß an
der oder den Stellen, wo das Blech oder die Folie zum Reißen neigt,
in der Matrize und im Stempel einander etwa gegenüberliegende Bohrungen
angeordnet sind, von denen eine Bohrung über ein Ventil mit einer Druckgasquelle
verbindbar ist, und die andere Bohrung mit einem auf das Gas ansprechenden
Sensor verbunden ist, wobei von dem Sensor eine Warneinrichtung
betätigbar ist.
Nach Beendigung des Umformvorgangs des Blechs oder der Folie wird
die eine der einander näherungsweise
gegenüberliegenden
Bohrungen mit der Druckgasquelle verbunden. Da das Werkzeug praktisch
nie gasdicht schließt,
wird das Druckgas durch den Spalt zwischen dem Werkzeug und dem umgeformten
Blech oder der Folie nach außen
entweichen. Sollte sich aber in der Nähe der Bohrung in dem Blech
oder der Folie ein Riß gebildet
haben, dann wird zumindest ein Teil des Druckgases den Weg des geringsten
Widerstandes nehmen, d. h. durch diesen Riß hindurch zur Gegenseite des Blechs überströmen und
durch die korrespondierende Bohrung abströmen. Dieser Vorgang wird von dem
zugeordneten Sensor ermittelt, der sodann eine die Rißbildung
anzeigende Warneinrichtung betätigt. Diese
Warneinrichtung kann optisch oder akustisch arbeiten, und sie kann
auch mit einem die Ergebnisse auswertenden Rechner verbunden sein.
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Vorzugsweise
ist das Ventil, das die in der Matrize angeordnete Bohrung mit der
Druckgasquelle verbindet, ein Magnetventil, das von einem auf die Beendigung
des Umformvorgangs ansprechenden Berührungskontaktschalter betätigbar ist.
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Das
eingeleitete Druckgas könnte
beispielsweise ein erhitztes Gas sein, so daß der Sensor im Falle einer
Rißbildung
in dem Umformteil eine Temperaturerhöhung feststellen kann. Der
Sensor könnte aber
auch als sogenannter Gasschnüffler
ausgebildet sein, der auf das Vorhandensein eines bestimmten Gases,
auch in sehr geringer Konzentration anspricht. Aus Kostengründen ist
jedoch vorzuziehen, daß die
Druckgasquelle ein Drucklufterzeuger oder -speicher ist. In diesem
Fall kann der Sensor ein in einem Warnstromkreis enthaltener Druckschalter
sein.
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Wie
dies vorstehend erläutert
wurde, beruht die Erfindung darauf, daß ein unter Druck stehendes Gas
von einer des Blechs oder der Folie durch einen beim Umformvorgang
entstandener Riß zur
anderen Seite überströmen kann.
Dieser Überströmvorgang wäre auch
dann möglich,
wenn das Blech oder die Folie mit Stanzlöchern versehen, aber sonst
unbeschädigt
ist. In einem solchen Fall würde
die Warneinrichtung vom Sensor betätigt werden und einen Fehlalarm
auslösen.
Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist daher vorgesehen,
daß im
Bereich von Stanzlöchern
des Blechs oder der Folie in der Matrize und/oder im Stempel Entlastungsbohrungen
angeordnet sind. Das in den Bereich eines Stanzlochs vordringende
Druckgas kann daher den Weg des geringsten Widerstandes wählen und durch
die Entlastungsbohrungen abströmen.
Dadurch ist gewährleistet,
daß der
Sensor und damit die Warneinrichtung nur dann anspricht, wenn in
dem umgeformten Blech oder der Folie ein Riß entstanden ist. Gemäß einer
Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß in den Formflächen der
Matrize und des Stempels etwa miteinander fluchtende Rillen ausgebildet
sind, die jeweils von der Mündung
einer Bohrung ausgehen. Diese Rillen erleichtern die Ausbreitung
des Druckgases, so daß dieses
auch dann auf die andere Seite des Blechs oder der Folie überströmen und
zum Sensor gelangen kann, wenn sich der Riß nicht in unmittelbarer Nähe der Bohrungen befindet.
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Meistens
wird das Blech oder die Folie nach dem Umformvorgang im Randbereich
beschnitten. In diesem als Beschnittzone bezeichneten Bereich entstehen
häufig
vom Umfangsrand ausgehende Risse. Diese Risse sind nur dann störend, wenn
sie sich über
die Beschnittzone hinaus nach innen in das Fertigteil erstrecken.
Es ist daher vorgesehen, daß im Randbereich
der Formfläche
der Matrize und des Stempels Bohrungen angeordnet sind, von deren Mündungen
Rillen ausgehen, wobei die in der Matrize und im Stempel angeordneten
Rillen miteinander fluchten und die innere Begrenzung der Schnittzone des
Blechs oder der Folie markieren. Auf diese Weise wird die Warneinrichtung
nur dann vom Sensor betätigt,
wenn sich ein in dem Blech oder in der Folie gebildeter Riß über die
Rillen hinaus nach innen erstreckt. Nur in diesem Fall wird das
Druckgas von der einen Seite des Blechs oder der Folie durch den
Riß hindurch
auf die andere Seite überströmen und
durch die korrespondierende Bohrung zum Sensor abströmen.
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend
näher erläutert. Es
zeigt:
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1 einen schematischen Axialschnitt durch
ein Werkzeug zum Umformen eines Blechs oder einer Folie im geschlossenen
Zustand,
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2 in größerem Maßstab einen Ausschnitt aus 1,
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3 einen schematischen Schnitt
durch die Matrize und den Stempel des Werkzeugs, und
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4 eine Aufsicht auf die
Formfläche
der Matrize oder des Stempels.
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Das
in 1 schematisch dargestellte
Werkzeug zum Umformen von Blechen oder Kunststoffolien umfaßt ein Unterwerkzeug
und ein gegenüber
diesem abstandsveränderlich
angeordnetes Oberwerkzeug. Das Unterwerkzeug besteht aus einem auf
einem Maschinengestell befestigten Stempel 1 und aus einem
den Stempel umschließenden
Blechhalter 2. Vorspannfedern 3 stützen sich
am Blechhalter 2 und am Maschinengestell ab, so daß der Blechhalter 2 nach
oben vorgespannt ist. Das Oberwerkzeug besteht aus einer Matrize 4,
der eine (nicht gezeigte) Antriebseinrichtung zugeordnet ist. Die
einander zugekehrten Flächen
des Stempels 1 und der Matrize 4 sind im zentralen
Bereich als Formfläche
ausgebildet, während
ihre Randbereiche eben sind. Zunächst wird
die Matrize 4 hochgefahren, bis sie von dem Blechhalter 2 freikommt,
der sich unter der Kraft der Vorspannfedern 3 gegenüber dem
Stempel 1 ebenfalls nach oben bewegt. In seiner Endstellung
ist die Randfläche
des Blechhalters 2 über
der höchsten
Erhebung der Formfläche
des Stempels 1 angeordnet. Daraufhin wird ein Zuschnitt
aus einem Tiefziehblech oder einer Kunststoffolie – nachfolgend
Blech genannt – auf
den Blechhalter 2 aufgelegt, und die Matrize 4 wird
von dem zugeordneten Antrieb nach unten bewegt, so daß das Blech 5 zwischen
dem Umfangsrand der Matrize 4 und dem Blechhalter 2 eingespannt
wird. Wenn daraufhin die Matrize 4 noch weiter in die in 1 gezeigte Stellung nach
unten bewegt wird, dann wird das Blech 5 zwischen den Formflächen der
Matrize 4 und des Stempels 1 verformt. Da der
Aufbau eines derartigen Preßwerkzeugs
zum Stand der Technik gehört,
ist eine weitere Erläuterung
entbehrlich.
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Bei
dem Verformungsvorgang wird das Blech 5 gedehnt oder gezogen,
was zu einer Rißbildung
führen
kann. Erfahrungsgemäß ist diese
Gefahr an den Stellen des Blechs 5 am größten, wo
dieses gegenüber
seiner ursprünglichen
ebenen Form rechtwinklig, d. h. in Bewegungsrichtung der Matrize 4 umgebogen
wird. In der Matrize 4 ist eine Bohrung 6 angeordnet,
die an der Stelle, wo das Blech 5 zur Rißbildung
neigt, in die Formfläche
mündet.
Diese Bohrung 6 ist über
eine Druckleitung 7 und einen Druckregler 15 mit
einem Druckluftbehälter 8 verbunden,
der von einem Verdichter 9 mit Druckluft versorgt wird.
In der Druckleitung 7 ist ein Ventil 10 angeordnet,
das von einem auf die Abwärtsbewegung der
Matrize 4 ansprechenden (nicht gezeigten) Berührungskontaktschalter
betätigbar
ist. In dem Stempel 1 ist gleichfalls eine Bohrung 11 angeordnet,
deren Mündung
der Mündung
der in der Matrize 4 angeordneten Bohrung 6 näherungsweise
gegenüberliegt.
Die in dem Stempel 1 angeordnete Bohrung 11 ist
mit einem Druckluftschalter 12 verbunden, der in einem
Warnstromkreis 13 enthalten ist. Der Warnstromkreis 13 enthält ferner
eine Stromquelle 14, eine optische und eine akustische
Warneinrichtung 16 und 17 sowie einen Rechner 18 zur
Speicherung und Auswertung der von dem Druckschalter 12 gelieferten
Signale. Wie bereits erwähnt,
ist die Lage der beiden Bohrungen 6 und 11 derart
gewählt,
daß ihre Mündungen
in dem Bereich angeordnet sind, wo mit einer Rißbildung in dem Blech 5 zu
rechnen ist. Falls mehrere solche Bereiche vorliegen, dann sollten mehrere
einander paarweise zugeordneter Bohrungen 6 und 11 vorgesehen
sein.
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Wenn
beim Umformen des Blechs 5 die Matrize 4 vollständig nach
unten zugestellt wird, wie in 1 gezeigt,
dann wird der Berührungskontaktschalter 10 betätigt, so
daß das
in der Druckleitung 7 angeordnete Magnetventil kurzfristig öffnet und
die Bohrung 6 mit einer bestimmten Menge Druckluft beaufschlagt
wird. Da die Matrize 4 an der Oberseite des verformten
Blechs 5 nicht vollständig
dicht anliegt, kann die in der Bohrung 6 enthaltene Druckluft durch
diesen Spalt nach außen
entweichen. Wenn jedoch bei dem Umformvorgang in dem Blech 5 ein
Riß 19 gebildet
wird, wie in der vergrößerten Darstellung nach 2 gezeigt, dann wählt die
in der Bohrung 6 der Matrize 4 enthaltene Druckluft
den Weg des geringsten Widerstandes, d. h. zumindest ein Teil derselben
strömt
durch den Riß 19 hindurch
in die Bohrung 11 des Stempels 1. Der dadurch
bewirkte Druckanstieg in der Bohrung 11 wird vom Druckschalter 12 ermittelt,
und der Warnstromkreis 13 wird geschlossen, so daß die optische
und die akustische Warneinrichtung 16 und 17 betätigt werden
und der Rechner 18 ein entsprechendes Signal empfängt. Es wird
also automatisch ein Alarmsignal erzeugt, das der Bedienungsperson
anzeigt, daß das
in dem Werkzeug befindliche umgeformte Werkstück einen Riß aufweist und fehlerhaft ist.
Beim Überströmen der
Druckluft von der Bohrung 6 über den Riß 19 in die Bohrung 11 kommt
es zwar zu einer starken Entspannung der Druckluft, so daß deren
Druck möglicherweise
auf 1/1000 verringert wird. Gleichwohl kann der dadurch bewirkte
Druckanstieg in der Bohrung 11 von dem Druckschalter 12 ermittelt
werden. Grundsätzlich
ist ein möglichst
geringer Durchmesser der Bohrungen 6 und 11 anzustreben,
damit der tote Raum möglichst
gering ist und der Druckschalter 12 zuverlässig anspricht.
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Es
ist erkennbar, daß die
von dem Druckschalter 12 betätigte Warneinrichtung 16, 17 auch dann
anspricht, wenn der in dem Blech 5 entstandene Riß 19 den
Bohrungen 6 und 11 nicht genau gegenüberliegt,
sondern gegenüber
diesen versetzt ist. Auch in einem solchen Fall ist der Strömungswiderstand
des am Umfang der Matrize 4 mündenden Spalts größer, als
wenn die Druckluft von der Oberseite des Blechs 5 durch
den Riß 19 hindurch
zur Unterseite überströmt. Auch
in diesem Fall wird in der Bohrung 11 des Stempels 1 ein
Druck aufgebaut, was vom Druckschalter 12 registriert wird,
so daß die optische
und die akustische Warneinrichtung 16, 17 betätigt werden.
Um den Strömungswiderstand
zwischen den Bohrungen 6 und 11 und einem Riß 19 des
Blechs 5 zu verringern, können in den Formflächen der Matrize 4 und
des Stempels 1 etwa miteinander fluchtende Rillen 20 ausgebildet
sein, die jeweils von der Mündung
einer Bohrung 6 bzw. 11 ausgehen, wie dies im
oberen Bereich von 4 gezeigt ist.
Während
die im Stempel 1 und in der Matrize 4 angeordneten
Bohrungen 6 und 11 einen Durchmesser von ungefähr 3 mm
haben, haben die Rillen 20 eine Tiefe von lediglich 0,1
mm. Diese Bemessungsangaben sind aber nur beispielhaft.
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Wenn
das Blech 5 mit einem oder mehreren Stanzlöchern 21 versehen
ist, dann könnte
die in der Bohrung 6 der Matrize 4 enthaltene
Druckluft durch ein solches Stanzloch 21 hindurch an die
Rückseite des
Blechs überströmen und
in die Bohrung 11 des Stempels 1 gelangen. Der
Druckschalter 12 würde diesen
Druckanstieg registrieren und die Warneinrichtungen 16 und 17 betätigen. Um
ein solchen Fehlalarm zu vermeiden, sind, wie in 3 gezeigt, im Bereich des Stanzloches 21 des
Blechs 5 in der Matrize 4 und im Stempel 1 Entlastungsbohrungen 22 und 23 angeordnet.
Die in den Spalt zwischen der Matrize 4 und der Oberseite
des Blechs 5 eindringende Druckluft kann daher ungehindert
abströmen.
Ein Druckanstieg in der Bohrung 11 wird daher zuverlässig verhindert.
Zu einem solchen Druckanstieg kommt es nur dann, wenn, wie in den 3 und 4 gezeigt, in dem Blech 5 ein
Riß 19 vorhanden
ist. Ebenso lassen sich alle anderen Störeinflüsse durch Druckhöhe und Ausbildung
der Fließwege
und Sensoreinstellung justieren.
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Beim
Umformvorgang des Blechs 5 treten an dessen Rändern große Spannungen
auf, die zu einer Rißbildung
führen
können.
Aus diesem und anderen Gründen
wird der Randbereich des verformten Blechs häufig in einer besonderen Vorrichtung
beschnitten. Sofern die beim Umformen des Blechs gebildeten Risse
sich nicht über
die Beschnittzone in das Fertigteil erstrecken, sind sie harmlos.
Wenn sich die Risse jedoch über
die Beschnittzone hinaus erstrecken, dann sind sie auch noch nach
dem Beschneiden des Blechs sichtbar. Um solche störenden randseitigen
Risse von harmlosen kleinen Rissen unterscheiden zu können, sind
im Randbereich der Formfläche
der Matrize 4 und des Stempels 1 Bohrungen 24 angeordnet,
von deren Mündungen
Rillen 25 ausgehen. Die in der Matrize 4 und in
dem Stempel 1 angeordneten Rillen 25 fluchten
miteinander und markieren die innere Begrenzung der Beschnittzone
des Blechs 5. Wenn die Bohrung 6 in der Matrize 4 mit
Druckluft beaufschlagt wird, dann kann diese über die Rillen 25 und
den diese überbrückenden randseitigen
Riß 19 in
die Bohrung 11 des Stempels 1 überströmen. Der Großteil der
Druckluft wird zwar durch den randseitigen Spalt nach außen entweichen,
so daß in
der Bohrung 11 nur ein sehr geringer Druckanstieg auftritt.
Der Druckschalter 12 kann aber hinreichend empfindlich
ausgelegt werden, um einen solchen Druckanstieg zu registrieren
und die optische bzw. akustische Warneinrichtung 16, 17 zu
betätigen
bzw. das Werkzeug automatisch anzuhalten.
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Wenn
das Werkzeug rasch geschlossen wird, kann die eingeschlossene Luft
möglicherweise nicht
schnell genug entweichen, so daß eine
Verdichtung erfolgt. Da sich der damit verbundene Druckanstieg in
die Bohrung 11 des Stempels 1 fortpflanzt, würde der
Druckschalter 12 in diesem Fall die Warneinrichtungen 16, 17 betätigen. Um
einen solchen Fehlalarm zu vermeiden, können in der Matrize 4 und/oder
im Stempel 1 (nicht gezeigte) Entlüftungsbohrungen vorgesehen
sein, denen Magnetventile zugeordnet sind. Beim Schließen des
Werkzeugs sind diese Magnetventile geöffnet, und sie werden geschlossen,
unmittelbar bevor die Bohrung 6 der Matrize 4 kurzzeitig
mit dem Druckluftbehälter 8 verbunden
wird.
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Das
in der Zeichnung dargestellte und vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel
läßt im Rahmen
der Erfindung zahlreiche Abwandlungen zu. Beispielsweise könnte anstelle
des Druckschalters 12 ein auf ein erhitztes Prüfgas ansprechender
Temperatursensor oder ein auf ein spezielles Prüfgas ansprechender Sensor verwendet
werden. Des weiteren könnte
die optisch/akustische Warneinrichtung abgewandelt werden. Die Warneinrichtung
könnte auch
mit einer Einrichtung kombiniert werden, die einen automatischen
Ausstoß eines
schadhaften Formteils bewirkt.
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Wenngleich
das vorstehend beschriebene Werkzeug ein typisches Ziehwerkzeug
ist, kann die Erfindung auch bei Werkzeugen zum Fertigziehen, Nachschlagen,
Nachformen, Hochstellen, Abkanten, Biegen, Prägen und Formstanzen angewendet
werden. Auch ist eine Nachrüstung
eines vorhandenen Werkzeugs kostengünstig möglich.
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Speziell
beim Vakuumziehen von erhitzten Kunstoffolien ohne Matrize ist der
Warnschalter der Gasdichtprüfung
als Unterdruckschalter in die Gefährdungsbereiche einzubauen.
In diesen Fällen
entfällt
die Matrize mit Bohrung 6.
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- 1
- Stempel
- 2
- Blechhalter
- 3
- Vorspannfeder
- 4
- Matrize
- 5
- Blech
- 6
- Bohrung
in 4
- 7
- Druckleitung
- 8
- Druckluftbehälter
- 9
- Verdichter
- 10
- Ventil
- 11
- Bohrung
in 1
- 12
- Druckschalter
- 13
- Warnstromkreis
- 14
- Stromquelle
- 15
- Druckregler
- 16
- optische
Warneinrichtung
- 17
- akustische
Warneinrichtung
- 18
- Rechner
- 19
- Riß
- 20
- Rillen
- 21
- Stanzloch
- 22
- Entlastungsbohrung
in 1
- 23
- Entlastungsbohrung
in 4
- 24
- Bohrungen
- 25
- Rillen