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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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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 hohe Materialausdünnung
mit Rißgefahr überprüft werden
kann.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe dadurch gelöst,
daß die
Matrize oder der Stempel mit einer Bohrung versehen ist, die in
einem konkaven Bereich seiner bzw. ihrer Formfläche mündet, und die nach dem Schließen des
Werkzeugs über
ein Ventil kurzzeitig mit einer Druckgasquelle verbindbar ist, und
daß ein
den Rückstaudruck
in der Bohrung messender Sensor vorgesehen ist, der mit einer Warneinrichtung
oder Trendaufzeichnung verbunden ist.
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Die
Erfindung baut darauf auf, daß der
Entstehung eines Risses in dem verformten Blech oder Folie eine
verstärkte
Materialausdünnung
vorausgeht und unmittelbar vorher Einschnürungen entstehen. Diese verstärkte Materialausdünnung tritt
insbesondere an den Stellen auf, wo das Blech oder die Folie an
einem konvexen Bereich der Formfläche des Stempels bzw. der Matrize
anliegt. Infolge der Materialausdünnung entsteht zwischen dem
gegenüberliegenden
konkaven Bereich der Formfläche
der Matrize bzw. des Stempels und dem Blech oder der Folie ein Spalt.
Wegen dieses Spalts fällt
der in der Bohrung herrschende Rückstaudruck
deutlich ab. Dabei hängt
der Druckabfall von der Größe der ringförmigen Ausströmfläche ab,
die von der Breite des Spalte und vom Durchmesser der Bohrung bestimmt
ist. Durch eine geeignete Wahl der Größe der ringförmigen Ausströmfläche einerseits
und der Meßstelle
an einer bestimmten Dehnfläche
des Blechs oder der Folie über
konvexen Rundungen mit sicherer einseitiger Materialanlage andererseits
läßt sich
ein signifikanter Abfall des Rückstaudruckes
erzielen. Aus dem Rückstaudruck
kann man über
gemessene Referenzteile auf die genaue Restmaterialstärke Rückschlüsse ziehen.
Die Meßwerte
können
Trends aufzeigen und mit justierfähigen Drucksensoren eine Vorwarnung über eine
kritische Ausdünnung
des Materials geben.
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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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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, und
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2 in größerem Maßstab einen Ausschnitt aus 1.
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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 in einem konkaven Bereich ihrer Formfläche mündet. Diese Bohrung 6 ist über eine Druckleitung 7 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. Dem Ventil 10 vorgeschaltet ist ein Druckregler 15,
der den Druck sehr genau konstant hält. Die Bohrung 6 ist über eine Leitung 11 mit
einem Druckschalter 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 Bohrung 6 derart gewählt, daß ihre Mündung in dem Bereich angeordnet
ist, wo mit einer Rißbildung in
dem Blech 5 zu rechnen ist. Falls mehrere solche Bereiche
vorliegen, dann sollten mehrere Bohrungen 6 mit zugeordneten
Druckluftschaltern 12 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 genau bestimmten Menge Druckluft
beaufschlagt wird. Bevor in dem Blech 5 ein Riß entsteht,
kommt es zu einer verstärkten
Materialausdünnung
der eine Einschnürung
folgt. Dieser Zustand des Blechs in 2 gezeigt.
Da das Blech 5 an einem konvexen Bereich der Formfläche des
Stempels 1 aufliegt, entsteht ein Spalt 19 zwischen
dem Blech und der Matrize 4. Die in der Bohrung 6 enthaltene
Druckluft kann in diesen Spalt entweichen, was mit einem Druckabfall
verbunden ist. Der Druckabfall hängt
dabei von der Größe der ringförmigen Austrittsfläche ab,
die von der Breite des Spalts 19 und vom Durchmesser der
Bohrung 6 bestimmt ist. Aus dem in der Bohrung 6 herrschenden
Rückstaudruck
lassen sich daher Rückschlüsse auf
die Breite des Spalts 19 und damit auf die Ausdünnung des
Blechs 5 ziehen. Durch eine geeignete Einstellung des Druckschalters 12 kann
daher die Warneinrichtung 16, 17 betätigt werden,
sobald eine kritische Materialausdünnung erreicht ist. Die Warneinrichtung
wird demzufolge bereits aktiviert, bevor es zu einer Rißbildung
kommt. Dies ermöglicht
die Ermittlung und Aussonderung von solchen Umformteilen, deren
Schadhaftigkeit, nämlich
ungenügende
Wandstärke, äußerlich
nicht erkennbar ist.
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Das
in der Zeichnung dargestellte und vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel
läßt im Rahmen
der Erfindung zahlreiche Abwandlungen zu. Beispielsweise könnten in
der Matrize zusätzliche Bohrungen
angeordnet sein, die in anderen konkaven Bereichen ihrer Formfläche münden, wo
eine übermäßige Materialausdünnung des
verformten Blechs zu befürchten
ist. In analoger Weise könnten auch
eine oder mehrere Bohrungen im Stempel 1 angeordnet sein.
Die Warneinrichtung könnte
auch mit einer Einrichtung kombiniert werden, die einen automatischen
Ausstoß eines
schadhaften Formteils oder einen automatischen Stop des Werkzeugs
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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- 1
- Stempel
- 2
- Blechhalter
- 3
- Vorspannfeder
- 4
- Matrize
- 5
- Blech
- 6
- Bohrung
in 4
- 7
- Druckleitung
- 8
- Druckluftbehälter
- 9
- Verdichter
- 10
- Ventil
- 11
- Leitung
- 12
- Druckschalter
- 13
- Warnstromkreis
- 14
- Stromquelle
- 15
- Druckregler
- 16
- optische
Warneinrichtung
- 17
- akustische
Warneinrichtung
- 18
- Rechner
- 19
- Spalt