DE19641316A1 - Tiefziehwerkzeug und Verfahren zum Tiefziehen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Tiefziehwerkzeug, insbesondere für Stufenpressen, mit einem Ziehstempel und einem relativ dazu in Ziehrichtung bewegbaren Ziehring.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Tiefziehen eines napfartigen Formkörpers aus einem Rohling in einem Tiefzieh­ werkzeug, wobei der Formkörper in mehreren Ziehvorgängen geformt wird.

Tiefziehverfahren gehören zu den Kaltumformungsverfahren, bei denen aus einem Rohling, bspw. in Form eines ebenen Bleches, ein napfartiger Formkörper gezogen wird. Die zur Durchführung des Verfahrens verwendeten Tiefziehwerkzeuge weisen als wesent­ liche Bestandteile einen Ziehstempel, einen Ziehring, auch "Matrize" genannt, sowie ggf. einen Blechhalter auf. Der Ziehstempel und der Ziehring sind relativ zueinander in Zieh­ richtung beweglich. Die Außenkonturen des Ziehstempels und des Ziehringes sind so aufeinander abgestimmt, daß zwischen der Außenfläche des Ziehstempels und der Innenfläche des Ziehringes der Ziehspalt freibleibt. Beim Tiefziehen wird der Rohling durch die von einer Presse vermittelte Relativbewegung zwischen Ziehstempel und Ziehring in den Ziehspalt gezogen.

Aufgrund einer begrenzten Fließfähigkeit des zu ziehenden, meist metallischen, Materials im Hinblick auf die gewünschte Tiefe des zu ziehenden Formkörpers ist es in den meisten Fällen nicht möglich, den napfartigen Formkörper in einem einzigen Ziehvorgang zu formen, sondern er muß in mehreren nacheinander durchgeführten Ziehvorgängen geformt werden. Beim ersten Ziehvorgang, der als Anzug bezeichnet wird, wird aus dem ebenen Blech ein Napf von relativ geringer Tiefe und relativ großem lichten Innen­ durchmesser gezogen, wozu ein Tiefziehwerkzeug mit einem entsprechend geformten Ziehstempel und einem entsprechend geformten Ziehring verwendet wird. Nach dem ersten Ziehvorgang wird das so vorgeformte Werkstück zu einem anderen Werkzeug transportiert und in einem weiteren Ziehvorgang, der als Weiterzug bezeichnet wird, mittels des anderen Tiefziehwerk­ zeuges, das einen Ziehstempel mit kleinerem Durchmesser aufweist, zu einem napfartigen Werkstück mit entsprechend größerer Tiefe und geringerem lichten Innendurchmesser weitergezogen. Je nach den gewünschten Abmessungen des fertigen Formkörpers wiederholen sich diese Ziehvorgänge bis zur endgültigen Fertigstellung des Formkörpers, wozu eine entsprechende Anzahl von Tiefzieh­ werkzeugen erforderlich ist.

Zur Rationalisierung dieses Arbeitsablauf hinsichtlich der Arbeitszeit, um große Stückzahlen zu erzielen, werden die vorstehend beschriebenen, für die Umformung vom Rohling zum fertigen Formkörper erforderlichen mehreren Ziehvorgänge in einer Stufenpresse durchgeführt.

In einer Stufenpresse sind mehrere für die jeweiligen einzelnen Ziehvorgänge bestimmte Tiefziehwerkzeuge mit jeweils einem unterschiedlichen Ziehstempel in einer Reihe nebeneinander montiert. Eine derartige Stufenpresse weist zahlreiche, bspw. zehn Werkzeugstellen auf. Üblicherweise stehen die Stempel ortsfest auf einer unbeweglichen Basis, und die Ziehringe sind am Hubteil der Presse montiert. Nach jedem gemeinsamen Arbeitshub der einzelnen Tiefziehwerkzeuge werden die zwischengeformten Werkstücke durch eine Transportvorrichtung zu dem jeweils nächsten Tiefziehwerkzeug befördert. Die Stufenpresse arbeitet dabei im Dauerbetrieb.

Als Antrieb für die einzelnen Tiefziehwerkzeuge dient eine gemeinsame Presse, deren Presskraft einen Maximalwert nicht überschreiten kann, wobei die Kraft entsprechend auf die Anzahl der in Reihe angeordneten Tiefziehwerkzeuge während eines Arbeitshubes verteilt wird.

Obwohl Stufenpressen mit einer Anzahl von etwa zehn oder mehr Arbeitsstationen verfügbar sind, erweisen sich derartige Stufenpressen hinsichtlich der Anzahl von durchführbaren Ziehvorgängen dann als nicht ausreichend, wenn kompliziert geformte Formkörper oder sehr tiefe napfartige Werkstücke gefertigt werden sollen, die mehr als zehn Ziehvorgänge erfor­ dern.

Einer Erweiterung der Stufenpresse durch weitere Werkzeugstellen sind in den meisten Fällen wegen des damit verbundenen Raumauf­ wandes Grenzen gesetzt. Es würde darüber hinaus nicht ausreichen, lediglich die Werkzeugstellenanzahl in einer Stufenpresse zu erhöhen, da eine Erhöhung der Anzahl der Werkzeugstellen bedeuten würde, daß für die einzelnen Tiefziehwerkzeuge nur eine geringere Presskraft zur Verfügung steht, weil sich die gesamte von dem Antrieb erzeugte Pressenkraft entsprechend auf die einzelnen Werkzeugstellen verteilt. Um die für die einzelnen Ziehvorgänge erforderliche Pressenkraft aufrechtzuerhalten, müßte der Pressenantrieb durch einen Pressenantrieb mit höherer Leistung ersetzt werden, was nicht möglich ist, da solche Stufenpressen konstruktiv auf eine bestimmte maximale Preßkraft ausgelegt sind.

Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, ein Tiefzieh­ werkzeug und ein Verfahren zum Tiefziehen der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß die vorstehend genannten Nachteile vermieden werden, und daß insbesondere bei einer hohen Anzahl von durchführbaren Ziehvorgängen die Anzahl der dazu erforderlichen Werkzeugstellen gering gehalten wird und die zur Verfügung stehende Pressenkraft pro Hub besser ausgenutzt wird.

Hinsichtlich des eingangs genannten Tiefziehwerkzeuges wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Ziehstempel ein erstes, innerstes Stempelteil und zumindest ein weiteres, äußeres Stempelteil aufweist, daß die Stempelteile relativ zueinander in Ziehrichtung teleskopartig verschiebbar sind, und daß ein Wirkmechanismus für den mehrteiligen Ziehstempel vorgesehen ist, durch den die äußeren Stempelteile bzw. das äußere Stempel­ teil während eines ersten Ziehabschnittes unverschiebbar zum innersten Stempelteil haltbar sind bzw. ist und daß während eines diesem folgenden Ziehabschnittes das jeweils äußerste Stempelteil bezüglich des nächst inneren Stempelteiles kontrol­ lierbar verschiebbar ist, so daß das Ziehergebnis in einem folgenden Ziehabschnitt von der Kontur des jeweils nächst inneren Stempelteils bestimmt wird, und daß der Ziehring entsprechend an die Stempelteile angepaßt ist.

Hinsichtlich des eingangs genannten Verfahrens wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß zumindest zwei der Ziehvorgänge unmittelbar hintereinander während einer einzigen Tiefziehbewegung in Tiefziehrichtung durchgeführt werden, wozu in dem Tiefzieh­ werkzeug ein mehrteiliger Ziehstempel vorgesehen ist, der ein erstes, innerstes Stempelteil und zumindest ein weiteres, äußeres Stempelteil aufweist, wobei während eines ersten Ziehabschnittes der so unmittelbar hintereinander durchgeführten Ziehvorgänge die äußeren Stempelteile unverschiebbar zum inneren Stempelteil gehalten werden und in zumindest einem unmittelbar folgenden Ziehabschnitt das jeweils äußerste Stempelteil bezüglich der inneren Stempelteile kontrolliert verschoben wird.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Tiefziehwerkzeuges mit einem mehrteiligen Ziehstempel wird auf vorteilhafte Weise, insbesondere bei einem Einsatz des Tiefziehwerkzeuges in Stufenpressen, die Anzahl der Werkzeugstellen entsprechend der Anzahl der Teile des Ziehstempels reduziert. Mit einer einzigen Ziehbewegung, die zwei oder mehrere nacheinander durchzuführende Ziehabschnitte umfaßt, in denen jeweils nacheinander ein einzelner Umformvorgang stattfindet, kann man ein Werkstück formen, wozu man nach dem Stand der Technik zwei oder mehrere Hübe und zwei oder mehrere nebeneinander angeordnete Werkzeuge benötigt hat.

Durch die Hintereinanderschaltung mehrerer Ziehabschnitte anstelle von nebeneinander durchgeführten Ziehvorgängen wird ein weiterer beachtlicher Vorteil erzielt. Beim Ziehen des Materials treten üblicherweise an den Rändern der Öffnung des napfartigen Werkstückes Wellenbildungen oder "Zipfel" auf, die nach dem Transport des Werkstückes zu einem für einen weiteren Ziehvorgang desselben Werkstückes vorgesehenen anderen Werkzeug das genaue Einsetzen des Werkstückes in dieses Werkzeug erheblich erschweren. Der genaue Sitz des Werkstückes in einem Tiefzieh­ werkzeug zu Beginn eines Umformungsvorganges ist jedoch eine notwendige Voraussetzung für ein gutes Tiefziehergebnis. Steht das vorgeformte Werkstück zu Beginn des nächsten Ziehvorganges aufgrund des Zipfels schief in dem Werkzeug, kann es verkanten und bei dem Arbeitshub zerstört werden. Durch die abschnittsweise Hintereinanderschaltung mehrerer Ziehvorgänge in nur einem Tiefziehwerkzeug wird der Vorteil erzielt, daß die Zahl der Transportvorgänge zwischen den einzelnen Umformungsvorgängen reduziert und somit die Gefahr eines fehlerhaften Einsetzens in die Werkzeuge verringert wird. Es können in einer Stufenpresse mit bspw. zehn Werkzeugstellen durch das erfindungsgemäße Tiefziehwerkzeug mit bspw. einem zweiteiligen Ziehstempel 20 Ziehvorgänge, d. h. zehn Ziehvorgänge mit jeweils zwei Ziehab­ schnitten durchgeführt werden. Anders ausgedrückt reduziert sich die Zahl der erforderlichen Werkzeugstellen in diesem Beispiel um die Hälfte. Dies bedeutet gleichermaßen eine beachtliche Reduzierung der Werkzeugkosten.

Ein weiterer beachtlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Tiefzieh­ werkzeuges und des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß in dem Tiefziehwerkzeug durch den mehrteiligen Ziehstempel die mehreren Ziehabschnitte in Tiefziehrichtung hintereinander ausgeführt werden, wodurch bei jedem der hintereinander aus­ geführten Ziehabschnitte die volle von der Presse erzeugte Pressenkraft zur Umformung der Werkstücke zur Verfügung steht, während sich bei in Reihe nebeneinander gleichzeitig durchge­ führten Ziehvorgängen, wie bereits erwähnt, die Pressenkraft auf die nebeneinanderliegenden Tiefziehwerkzeuge verteilt.

Durch die Relativverschieblichkeit der einzelnen Stempelteile des mehrteiligen Ziehstempels kann das Werkstück aufeinanderfol­ gend über die einzelnen Stempelteile, d. h. im ersten Zieh­ abschnitt über das äußerste Stempelteil, beim nächsten Ziehab­ schnitt über das dem dem äußersten Stempelteil benachbarte innere Stempelteil usw. gezogen werden, wobei dasjenige Stempelteil, über das das Werkstück in dem vorausgegangenen Ziehabschnitt gezogen worden ist, während des diesem folgenden Ziehabschnitt kontrolliert verschoben wird.

Die kontrollierbare Verschiebbarkeit des jeweils äußersten Stempelteils, die als ein wichtiger Aspekt der Erfindung angesehen wird, eröffnet aufvorteilhafte Weise die Möglichkeit, daß dasjenige Stempelteil, das in einem vorangegangenen Ziehab­ schnitt noch als Stempel gearbeitet hat, in einem nachfolgenden Ziehabschnitt während des kontrollierten Verschiebens als Blech­ halter arbeiten kann, wodurch zusätzliche Blechhalter für die einzelnen Ziehabschnitte in dem Tiefziehwerkzeug eingespart werden können. Die Kontrollierbarkeit der Verschiebung der äußeren Stempelteile ermöglicht dabei eine Regelung der Blech­ halterkraft während des jeweiligen Ziehabschnittes, um die Blechhalterkraft an die erreichte Ziehtiefe und das Material anzupassen. Durch die Möglichkeit der mehrfunktionalen Ausgestal­ tung der Stempelteile wird der konstruktive und somit auch der Kostenaufwand des Tiefziehwerkzeuges weiter gesenkt.

Die Aufgabe wird somit vollkommen gelöst.

In einer bevorzugten Weiterbildung des Tiefziehwerkzeuges ist das innerste Stempelteil ortsfest und die äußeren Stempelteile sind untereinander und zu dem jeweils inneren Stempelteil teleskopartig verschiebbar.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß die Zahl der beweglichen Teile gering ist und die Steuerung der einzelnen Stempelteile vereinfacht wird, indem die ortsfeste rage des innersten Stempel­ teiles bspw. als Bezugslage für die Steuerung der beweglichen äußeren Stempelteile verwendet werden kann. Während ein orts­ festes innerstes Stempelteil gegenüber einem ortsfesten äußeren Stempelteil deswegen vorteilhaft ist, da dann der Ziehstempel durch das Anbringen weiterer äußerer Stempelteile erweiterbar ist, könnte auch das äußerste Stempelteil ortsfest und dagegen die inneren Stempelteile beweglich ausgestaltet sein.

Bevorzugt ist weiterhin, wenn die Stempelteile koaxial zueinander angeordnet sind.

Bei einer koaxialen Anordnung können die jeweils äußeren Stempelteile bei ihrer Verschiebung entlang der inneren Stempel­ teile genau geführt werden, wodurch das Tiefziehwerkzeug technisch vereinfacht wird, da weitere Führungsteile für die einzelnen Stempelteile eingespart werden.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens werden die äußeren Stempelteile während des ersten Ziehvorganges unver­ schiebbar gehalten, indem sie mit einem ausreichenden Druck beaufschlagt werden.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß die äußeren Stempelteile einerseits durch eine entsprechende Einstellung des Druckes sicher unbeweglich gehalten werden, wenn das Material über diese gezogen wird, und daß andererseits nach Beendigung eines Ziehvorganges der Druck unmittelbar ohne Verweilzeit reduziert werden kann, um den nächsten Ziehvorgang einzuleiten.

Dabei ist es bevorzugt, wenn der Druck in den weiteren Ziehvor­ gängen auf das jeweils äußerste Stempelteil kontrolliert reduziert wird.

Durch die kontrollierte Reduzierung des Druckes kann das Tiefziehwerkzeug auf die Pressenkraft, die Ziehtiefe und die Ziehkraft individuell während jedes einzelnen Ziehvorganges genau abgestimmt werden. Dadurch kann das Tiefziehwerkzeug optimal auf die sich während der einzelnen Ziehvorgänge ändernden Parameter eingestellt werden. Durch die kontrollierte Reduzierung des Druckes kann dabei die kontrollierte Verschiebung der äußeren Stempelteile gesteuert werden.

Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn der Druck so eingestellt wird, daß mit dem jeweils äußersten Stempelteil eine bezüglich des zu ziehenden Materials angepaßte Blechhalterkraft ausgeübt wird.

Wie bereits erwähnt, eröffnet die kontrollierte Verschiebbarkeit der einzelnen Stempelteile die Möglichkeit, die äußeren Stempel­ teile auch als Blechhalter arbeiten zu lassen. Da sich die Blechhalterkraft nach Beschaffenheit und Zieheigenschaften des zu ziehenden Materials und der Ziehtiefe bemißt, wird durch die Einstellung des Druckes, gegen den die äußeren Stempelteile beim Ziehen des Werkstückes verschoben werden, eine für den jeweiligen Ziehvorgang optimale Blechhalterkraft ausgeübt.

Dabei ist es bevorzugt, wenn die Blechhalterkraft während des Ziehens zurückgeregelt wird.

Zum Ende eines Ziehabschnittes hin nimmt aufgrund der Abnahme des noch zu ziehenden Materials dessen immanenter Ziehwiderstand ab. Dies bedeutet, daß zu Beginn eines Ziehabschnittes eine höhere Blechhalterkraft erforderlich ist als am Ende. Durch die Zurückregelung der Blechhalterkraft, die durch die kontrol­ lierbare Verschiebbarkeit der äußeren Stempelteile ermöglicht wird, wird die Blechhalterkraft optimal an die jeweilige Ziehtiefe angepaßt, so daß auf vorteilhafte Weise ein Faltenwurf im zu ziehenden Material vermieden wird.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des Tiefziehwerkzeuges weist der Wirkmechanismus eine mit den äußeren Stempelteilen in Wirkverbindung stehende Steuervorrichtung zur Steuerung der Relativverschiebung der äußeren Stempelteile auf.

Mit einer solchen Steuervorrichtung kann der Bewegungsablauf der einzelnen Stempelteile individuell kontrolliert werden.

Dabei ist es bevorzugt, wenn die Steuervorrichtung ein hydrau­ lisches System aufweist, das einen oder mehrere mit einer Hydraulikflüssigkeit druckbeaufschlagte Kolben aufweist, die mit den äußeren Stempelteilen in Wirkverbindung stehen.

Ein hydraulisches System hat den Vorteil, daß einerseits hohe Drücke erzeugt werden können, die erforderlich sind, um die äußeren Stempelteile unverschiebbar zu halten, andererseits verhindert ein hydraulisches System aufgrund der Inkompres­ sibilität von Hydraulikflüssigkeiten ein unerwünschtes Federn oder Absacken der äußeren Stempelteile. Mit einem hydraulischen System lassen sich darüber hinaus Drücke über einen großen Bereich exakt einstellen.

Dabei ist es bevorzugt, wenn das hydraulische System ein Reservoir für eine Hydraulikflüssigkeit aufweist, das außerhalb des Tiefziehwerkzeuges angeordnet ist.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß das außerhalb des Tiefzieh­ werkzeuges angeordnete Reservoir auf einfache Weise eine Kühlung der Hydraulikflüssigkeit und eine Regelung der Temperatur desselben ermöglicht. Bei den hohen Drücken, die zur Steuerung der äußeren Stempelteile erforderlich sind, treten entsprechend hohe Temperaturen in dem hydraulischen System auf, die durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des hydraulischen Systems leicht überwacht und geregelt werden können.

Zur Abstimmung des hydraulischen Systems weist die Steuervor­ richtung bevorzugt eine Regeleinrichtung zum kontrollierten Einstellen des Druckes auf die äußeren Stempelteile auf.

Weiterhin weist die Steuervorrichtung bevorzugt Meßeinrichtungen zum Erfassen einer oder mehrerer Positionen der Kolben auf.

Die erfaßten Signale können in Verbindung mit der Regelein­ richtung vorteilhaft dazu verwendet werden, das hydraulische System zu steuern, indem z. B. durch die Lage des Kolbens das Ende eines Ziehvorganges angezeigt wird und der nächste Ver­ fahrensschritt eingeleitet wird, wodurch eine Vollautomatisierung des Werkzeuges hergestellt wird.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird nach einem letzten mit dem Tiefziehwerkzeug durchgeführten Ziehvorgang mit dem dem inneren Stempelteil benachbarten äußeren Stempelteil das Formteil ausgeworfen.

Durch diese Maßnahme wird auf vorteilhafte Weise ein für Tiefziehwerkzeuge üblicherweise vorgesehener Auswerfer einge­ spart, in dem diese Funktion das dem inneren Stempelteil benachbarte äußere Stempelteil übernimmt. Auf diese Weise wird die Funktionalität der äußeren Stempelteile weiter erhöht, wodurch weitere Kosten für zusätzliche Teile eingespart werden. Insgesamt können die äußeren Stempelteile die Funktion als Ziehstempel, als Blechhalter und als Auswerfer übernehmen. Das Rückstellen der äußeren Stempelteile in die Ausgangslage erfolgt dabei gleichzeitig mit dem Auswerfen des Formkörpers. Durch die kontrollierte Verschiebbarkeit des oder der äußeren Stempel­ teile kann auch die zum Abstreifen des Formkörpers erforderliche Kraft unabhängig von der Blechhaltekraft geregelt werden.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist der Ziehstempel nur ein äußeres Stempelteil auf, und steht das äußere Stempelteil mit einem hydraulisch gesteuerten Kolben derart in Verbindung, daß das äußere Stempelteil kontrollierbar und regelbar gegen das innere Stempelteil verschiebbar ist.

Dabei ist es bevorzugt, wenn der Kolben in einem mit einer Hydraulikflüssigkeit beaufschlagbaren Zylinder läuft, wobei der Kolben eine Kolbenscheibe aufweist, die von der Hydrau­ likflüssigkeit mit einem regelbaren Druck beaufschlagbar ist, wobei dieser Druck durch einen mit der Kolbenscheibe und dem äußeren Stempelteil in Verbindung stehenden Druckbolzen auf das äußere Stempelteil übertragbar ist.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung der beige­ fügten Zeichnung.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachste­ hend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Tiefziehwerkzeug im Längsschnitt zur unmittelbar hintereinander erfolgenden Durch­ führung zweier Ziehvorgänge gemäß dem erfindungs­ gemäßen Verfahren zum Tiefziehen zu Beginn eines ersten Ziehabschnittes der beiden Ziehvorgänge;

Fig. 2 das Tiefwerkzeug aus Fig. 1 am Ende des ersten Ziehabschnittes;

Fig. 3 das Tiefziehwerkzeug aus Fig. 1 während eines zweiten Ziehabschnittes der unmittelbar hintereinander durchgeführten Ziehvorgänge;

Fig. 4 das Tiefziehwerkzeug aus Fig. 1 am Ende des zweiten Ziehabschnittes; und

Fig. 5 das Tiefziehwerkzeug aus Fig. 1 nach dem letzten Ziehabschnitt.

Zunächst wird anhand Fig. 1 ein mit dem allgemeinen Bezugszeichen 10 bezeichnetes Tiefziehwerkzeug beschrieben, mit dem ein Verfahren zum Tiefziehen insbesondere in einer Stufenpresse durchgeführt wird.

Das Tiefziehwerkzeug 10 weist ein Oberteil 12 und ein Unterteil 14 auf. Das Unterteil 14 steht ortsfest auf einer hier nicht dargestellten Basis, während das Oberteil 12 in das Unterteil 14 ein- und wieder aus diesem ausfahrbar ist.

Das Unterteil 14 weist ein Unterteilgehäuse 16 auf, in dem ein Ziehstempel 18 angeordnet ist. Der Ziehstempel 18 ist in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel aus Gründen der Einfach­ heit der Darstellung zur Ausführung von zwei unmittelbar aufeinanderfolgenden Tiefziehvorgängen prinzipiell zweiteilig ausgebildet. Es versteht sich jedoch, daß die weiteren Er­ läuterungen zu dem Tiefziehwerkzeug 10 genauso für einen Zieh­ stempel 18 mit mehr als prinzipiell zwei Stempelteilen gelten.

Der Begriff "prinzipiell zwei- oder mehrteilig" soll im Sinne der Erfindung bedeuten, daß für zwei oder mehrere Tiefzieh­ abschnitte der Stempel zwei- oder mehrteilig ist, wobei die zwei oder mehreren Stempelteile für sich gesehen aus mehreren Stücken zusammengesetzt sein können.

Der Ziehstempel 18 weist ein erstes, inneres Stempelteil 20 und ein zweites, äußeres Stempelteil 22 auf.

Das innere Stempelteil 20 ist insgesamt rotationssymmetrisch ausgebildet. Am oberen Ende weist das innere Stempelteil 20 einen Stempelkopf 24 auf, der über ein Zwischenstück 26 mit einem Stempelfuß 28 fest verbunden ist. Das innere Stempelteil 20 steht mit dem Stempelfuß 28 in einer Mulde 30 eines Gehäuse­ bodens 32 des Unterteilgehäuses 16 und ist somit wie das Unterteil 14 selbst ortsfest.

Das äußere Stempelteil 22 weist seinerseits einen Stempelkopf 34 und einen Stempelfuß 36 auf. Der Stempelkopf 34 umfaßt den Stempelkopf 24 des inneren Stempelteiles 20 in Form einer oben und unten offenen zylindrischen Hülse. Das äußere Stempelteil 22 ist koaxial zu dem inneren Stempelteil 20 angeordnet.

Das äußere Stempelteil 22 ist ferner relativ zu dem inneren Stempelteil 20 verschiebbar, und zwar in einer mit einem Pfeil 35 angedeuteten Ziehrichtung und in einer zur Ziehrichtung 35 entgegengesetzten Richtung. Bei der Relativverschiebung läuft die Innenseite des Stempelkopfes 34 des äußeren Stempelteils 22 entlang der Außenseite des Stempelkopfes 24 des inneren Stempelteils 20.

Der Stempelfuß 36 des äußeren Stempelteiles 22 weist eine Stufe 37 auf, mit der er in seiner in Fig. 1 dargestellten maximalen oberen Lage an einer entsprechende Anlagefläche 37' des Stempel­ kopfes 24 des inneren Stempelteiles 20 anliegt. Die Stufe 37 und die Anlagefläche 37' begrenzen die Aufwärtsbewegung des äußeren Stempelteiles 22.

Weiterhin ist in dem Unterteilgehäuse 16 ein Blechhalter 38 angeordnet, der von einem Druckstößel 40 gestützt wird. Der Druckstößel 40 ist durch einen Durchgang 42 durch den Gehäuse­ boden 32 geführt. Der Druckstößel 40 ist ebenfalls in der Ziehrichtung 35 verschiebbar, jedoch unabhängig von dem äußeren Stempelteil 40, wobei der Blechhalter 38 zusammen mit dem Druckstößel 40 ebenfalls verschiebbar ist. Der Druckstößel 40 steht mit einer hier nicht näher dargestellten Vorrichtung in Verbindung, die auf den Druckstößel 40 einen nach oben gerich­ teten Druck ausübt, der von dem Druckstößel 40 auf den Blech­ halter 38 übertragen wird.

Weiterhin ist an dem Unterteil 14 eine Steuervorrichtung 43 zur Steuerung der Bewegung des äußeren Stempelteiles 22 vor­ gesehen.

Die Steuervorrichtung 43 besteht aus einem hydraulischen System, das einen Kolben 44 aufweist, der seinerseits einen Kolbenbolzen 46 und eine Kolbenscheibe 48 aufweist. Der Kolben 44 ist insgesamt rotationssymmetrisch ausgebildet. Der Kolbenbolzen 46 ist durch einen in dem Gehäuseboden 32 vorgesehenen Durchgang 50 geführt. Die Kolbenscheibe 48 läuft in einem in dem Gehäuse­ boden 32 vorgesehenen Zylinder 52, der mit einer Hydraulik­ flüssigkeit 54 befüllbar ist. Die Kolbenscheibe 48 weist hier nicht näher dargestellte Dichtungen auf, durch die die Kolben­ scheibe 48 den Zylinder 52 gegen einen Durchtritt der Hydraulik­ flüssigkeit 54 über die Kolbenscheibe 48 nach oben hinaus abdichtet. Die Hydraulikflüssigkeit 54 befindet sich somit stets unterhalb der Kolbenscheibe 48. Ebenso weisen der Kolbenbolzen 46 und der Durchgang 50 hier nicht näher dargestellte Dichtungen auf, die den Zylinder 52 gegen den Durchgang 50 in dem Gehäuse­ boden 32 abdichten, so daß der Zylinder 52 auch nach unten abgedichtet ist.

Mit der Kolbenscheibe 48 steht ein Druckbolzen 58 in Verbindung, der den Stempelfuß 36 des äußeren Stempelteiles 22 abstützt. Der Druckbolzen 58 ist dabei durch den Stempelfuß 28 des inneren Stempelteiles 20 durch eine entsprechende Bohrung 59 geführt.

Mit dem Zylinder 52 kommuniziert ein in dem Gehäuseboden 32 vorgesehener Kanal 60 für den Zu- und Ablauf der Hydraulik­ flüssigkeit 54, der den Zylinder 52 mit einem Reservoir 62 für die Hydraulikflüssigkeit 54 verbindet. Am austrittseitigen Ende des Kanals 60 ist fakultativ ein Ventil 63 vorgesehen, mit dem der Rücklauf der Hydraulikflüssigkeit 54 aus dem Zylinder 52 in das Reservoir 62 abgesperrt werden kann. In oder an dem Reservoir 62 ist eine nicht dargestellte Temperaturregelein­ richtung sowie eine Kühlvorrichtung für die Hydraulikflüssigkeit vorgesehen.

Weiterhin weist die Steuervorrichtung 43 eine Regeleinrichtung 64 auf, die eine hier nicht dargestellte Pumpe und nicht dargestellte weitere Reduzier- oder Drosselventile für das hydraulische System aufweist. Mit der Regeleinrichtung 64 wird der Druck in dem hydraulischen System eingestellt. Der in dem hydraulischen System eingestellte Druck wird dazu verwendet, das äußere Stempelteil 22 einerseits unbeweglich zu dem inneren Stempelteil 20 zu halten und andererseits das äußere Stempelteil 22 kontrolliert zu verschieben, indem die Hydraulikflüssigkeit 54 über die Kolbenscheibe 48 und den Druckbolzen 58 auf das äußere Stempelteil 22 einen nach oben wirkenden Druck ausübt, der einer nach unten gerichteten Bewegung des äußeren Stempel­ teils 22 bei dem später beschriebenen Tiefziehvorgang entgegen­ wirkt.

Das Oberteil 12 des Tiefziehwerkzeuges 10 weist einen Spann­ flansch 68 auf, der zusammen mit einer Hülse 70 ein Gehäuse des Oberteiles 12 bildet. In der Hülse 70 ist ein Ziehring 72 aufgenommen, der ein erstes Ziehringteil 74 und ein zweites Ziehringteil 76 aufweist. Das erste Ziehringteil 74 ist bezüglich seines Innendurchmessers an den Stempelkopf 34 des äußeren Stempelteiles 22 und das zweite Ziehringteil 76 entsprechend an den Stempelkopf 24 des inneren Stempelteiles 20 so angepaßt, daß dazwischen jeweils der Ziehspalt vorhanden ist.

Am unteren Ende der Hülse 70 ist ein Zentrierring 78 angeordnet, der mit dem Spannflansch 68 zusammen den Ziehring 72 einspannt. Ferner ist durch den Spannflansch 68 ein Bodenhalter 80 geführt, der zu dem Spannflansch 68 relativ verschiebbar ist, und entlang dem der Spannflansch 68 bei seiner Bewegung geführt ist.

Das Oberteil 12 ist mit seiner Hülse 70 in das Unterteilgehäuse 16 über einen hier nicht dargestellten Pressenantrieb einfahrbar und wird dabei in einem Führungsring 82 geführt. Die Hülse 70 steht dabei auf dem Blechhalter 38 auf.

Zwischen dem Zentrierring 78, dem Blechhalter 38, dem Ziehstempel 18 und dem ersten Ziehringteil 74 sowie dem Bodenhalter 80 ist ein Rohling 86 in Form eines ebenen Bleches angeordnet, der zu einem Formkörper 92 (vgl. Fig. 5) gezogen werden soll.

Anhand der Fig. 1 bis 5 wird nun das Verfahren zum Tiefziehen anhand eines aus zwei Ziehabschnitten bestehenden Ziehvorganges beschrieben, der im Stand der Technik in Form von zwei einzelnen Ziehvorgängen in zwei Tiefziehwerkzeuge getrennt nacheinander durchgeführt werden mußte.

Fig. 1 zeigt das Verfahren zu Beginn des ersten Ziehabschnittes, in dem der Rohling 86 noch in Form des ebenen Bleches vorliegt. In diesem Verfahrensstadium ist der Zylinder 52 unter hohem Druck mit der Hydraulikflüssigkeit 54 gefüllt, so daß sich die Kolbenscheibe 48 in der maximalen oberen Lage befindet. Die Kolbenscheibe 48 überträgt diesen Druck über den Druckbolzen 58 auf den Stempelfuß 36 des äußeren Stempelteiles 22, so daß dieser in seiner maximalen oberen Lage gehalten wird. Das Ventil 63 ist dann geschlossen, so daß der Rücklauf der Hydraulik­ flüssigkeit 54 unterbunden ist und die Pumpe nicht zur Aufrecht­ erhaltung des Druckes weiter betrieben werden muß. Das Schließen des Ventils 63 erfolgt dabei über die Regeleinrichtung 64. Der Blechhalter 38 wird durch den Druckstößel 40 nach oben gegen den Rohling gedrückt.

In Fig. 2 ist das Ende des ersten Ziehabschnittes dargestellt. Während des ersten Ziehabschnittes wurde durch den Pressenantrieb das Oberteil 12 in das Gehäuse 16 des Unterteils 14 gefahren, wodurch das erste Ziehringteil 74 den Rohling 86 über den Stempelkopf 34 des äußeren Stempelteiles 22 gezogen hat, so daß aus dem Rohling 86 aus Fig. 1 ein napfförmiger Vorformling 88 geformt wurde, dessen Innenkontur der Außenkontur des Stempel­ kopfes 34 des äußeren Stempelteiles 22 entspricht. Entsprechend wurde der Blechhalter 38 in der Ziehrichtung 35 verschoben, bis er, wie in Fig. 2 dargestellt, mit dem Stempelfuß 36 des äußeren Stempelteiles 22 etwa in Anlage kommt. Der Blechhalter 38 erzeugt während des ersten Ziehvorganges einen gegen die Ziehrichtung wirkenden Gegendruck, um Faltenbildungen in dem Rohling 86 während des Ziehvorganges zu vermeiden.

Während des gesamten ersten Ziehabschnittes wurde durch den Kolben 44 das äußere Stempelteil 22 bezüglich des inneren Stempelteiles 20 unbeweglich gehalten. Bei geschlossenem Ventil 63 (vgl. Fig. 1) ist nämlich die Kolbenscheibe 48 wegen der Inkompressibilität der Hydraulikflüssigkeit 54 in dem Zylinder 52 unverschiebbar. Anstatt den Durchlauf der Hydraulikflüssigkeit durch das Ventil 63 abzusperren, kann auch die Regeleinrichtung 64 über die Pumpe einen ausreichend hohen Druck aufbauen, der das äußere Stempelteil 22 unverschiebbar hält.

Eine Meßeinrichtung 90 erfaßt die Lage des Blechhalters 38, um bei Erreichen seiner in Fig. 2 gezeigten Endstellung ein Signal an die Regeleinrichtung 64 zu geben, um einen weiteren Ziehabschnitt einzuleiten, der hiernach anhand von Fig. 3 beschrieben wird.

In Fig. 3 ist ein Verfahrensstadium während eines sich unmittel­ bar an den ersten Ziehabschnitt in gleicher Ziehrichtung anschließenden zweiten Ziehabschnittes dargestellt. In diesem zweiten Ziehabschnitt wird der Vorformling 88 aus Fig. 2 zu dem napfartigen Formkörper 92 (vgl. Fig. 4 und 5) weitergezogen. Dazu wird zu Beginn des zweiten Ziehabschnittes das Ventil 63 (vgl. Fig. 1) geöffnet oder der Druck in dem Zylinder 52 so erniedrigt, daß die Hydraulikflüssigkeit 54 über die in der Regelvorrichtung 64 vorhandenen Ventile durch den Kanal 60 in das Reservoir 62 abströmt, wie mit Pfeilen 94 angedeutet ist. Dabei wird der Druck auf die Kolbenscheibe 48 und damit auf das äußere Stempelteil 22 kontrolliert reduziert.

Beim Einfahren des Oberteiles 12 in das Unterteil 14 während des zweiten Ziehabschnittes zieht das zweite Ziehringteil 76 Material des Vorformlinges 88 über den Stempelkopf 24 des inneren Stempelteiles 20. Das äußere Stempelteil 22 wird durch das Einfahren des Oberteils 12 in Ziehrichtung 35 gegen den von dem Kolben 44 ausgeübten, kontrolliert reduzierten Druck relativ zu dem inneren Stempelteil 20 verschoben.

Während dieses zweiten Ziehabschnittes wirkt das äußere Stempel­ teil 22 als Blechhalter. Dazu wird über die Regeleinrichtung 64 der von dem Kolben 44 ausgeübte Druck so eingestellt, daß das äußere Stempelteil 22 eine an das zu ziehende Material angepaßte Blechhalterkraft ausübt.

In Fig. 4 ist das Ende des zweiten Ziehabschnittes dargestellt, in dem der Formkörper 92 seine napfartige Gestalt erhalten hat. Während des gesamten zweiten Ziehabschnittes wurde der Druck auf das äußere Stempelteil 22 entsprechend der erforderlichen Blechhalterkraft reguliert, bspw. mit einem stetig nachlassenden Druck.

Die Kolbenscheibe 48 des Kolbens 44 befindet sich nun in dem Zylinder 52 in einer unteren Lage. Die Steuervorrichtung 43 weist eine Meßeinrichtung 96 auf, die die Position der Kolben­ scheibe 48 erfaßt und der Regeleinrichtung 64 anzeigt, daß der zweite Ziehabschnitt beendet ist.

Nach oder schon während des Abhebens des Oberteils 12 reversiert die Regeleinrichtung 64 die Strömung der Hydraulikflüssigkeit 54, um den Kolben 44 wieder in seine Ausgangslage (vgl. Fig. 1) zu bringen. Dazu wird die temperaturgeregelte Hydraulik­ flüssigkeit 54 aus dem Reservoir 62 durch den Kanal 60 in den Zylinder 52 gepumpt, wodurch die Hydraulikflüssigkeit 54 den Kolben 44 entsprechend anhebt, wobei in Fig. 5 das Ende dieses Vorganges dargestellt ist.

Während des Anhebens der Kolbenscheibe 48 wird durch die Wirkverbindung der Kolbenscheibe 48 mit dem äußeren Stempelteil 22 über den Druckbolzen 58 das äußere Stempelteil 22 in seine Ausgangslage gebracht. Dabei streift der Stempelkopf 34 des äußeren Stempelteiles 22 den Formkörper 92 von dem Stempelkopf 24 des inneren Stempelteiles 20 ab, wirkt somit in diesem Schritt als Abstreifer. Der zum Abstreifen erforderliche Druck wird über die Regeleinrichtung 64 eingestellt. Das Oberteil 12 wurde währenddessen von dem Pressenantrieb aus dem Unterteil 14 gegen die Tiefziehrichtung 35 ausgefahren.

Sobald die Kolbenscheibe 48 ihre maximale obere Lage erreicht hat, gibt eine Meßvorrichtung 98 ein Signal an die Regeleinrich­ tung 64, die dann wieder einen Druck aufbaut, um das äußere Stempelteil 22 zu dem inneren Stempelteil 20 unverschiebbar zu halten, oder das Ventil 63 wieder schließt, so daß der Rücklauf der Hydraulikflüssigkeit 54 aus dem Zylinder 52 abgesperrt ist.

Greifer 100 erfassen den Formkörper 92 und überbringen diesen zu einer anderen Werkzeugstelle, wobei die Greifer 100 über die Pressenkurve gesteuert werden.

Das Tiefziehwerkzeug 10 ist dann wieder zum Einsetzen eines weiteren Rohlings gemäß Fig. 1 bereit.

Bei einem Vergleich von Fig. 1 und Fig. 5 ist zu entnehmen, daß der Rohling 86 und der Formkörper 92 auf etwa derselben Ebene ruhen, so daß in dieser Ebene der Formkörper 92 in einer Stufenpresse zu einem nächsten Werkzeug transportiert werden kann und synchron ein weiterer Rohling an das erfindungsgemäße Werkzeug herangebracht werden kann.

Claims (16)

1. Tiefziehwerkzeug, insbesondere für Stufenpressen, mit einem Ziehstempel (18) und einem relativ dazu in Ziehrichtung (35) bewegbaren Ziehring (72), dadurch gekennzeichnet, daß der Ziehstempel (18) ein erstes, innerstes Stempelteil (20) und zumindest ein weiteres, äußeres Stempelteil (22) aufweist, daß die Stempelteile (20, 22) relativ zueinander in Ziehrichtung (35) teleskopartig verschiebbar sind, und daß ein Wirkmechanismus für den mehrteiligen Ziehstempel (18) vorgesehen ist, durch den die äußeren Stempelteile bzw. das äußere Stempelteil (22) während eines ersten Ziehabschnittes unverschiebbar zum innersten Stempelteil (20) haltbar sind bzw. ist und daß während eines diesem folgenden Ziehabschnittes das jeweils äußerste Stempelteil (22) bezüglich des nächst inneren Stempelteiles (20) kontrollierbar verschiebbar ist, so daß das Ziehergebnis in einem folgenden Ziehabschnitt von der Kontur des jeweils nächst inneren Stempelteils (20) bestimmt wird, und daß der Ziehring (72) entsprechend an die Stempelteile (20, 22) angepaßt ist.

2. Tiefziehwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das innerste Stempelteil (20) ortsfest und die äußeren Stempelteile (22) untereinander und zu dem inneren Stempel­ teil (20) teleskopartig verschiebbar sind.

3. Tiefziehwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß alle Stempelteile (20, 22) koaxial zueinander angeordnet sind.

4. Tiefziehwerkzeug nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Wirkmechanismus eine mit den äußeren Stempelteilen (22) in Wirkverbindung stehende Steuervorrich­ tung (43) zur Steuerung der Relativverschiebung der äußeren Stempelteile (22) aufweist.

5. Tiefziehwerkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (43) ein hydraulisches System aufweist, das einen oder mehrere mit einer Hydraulikflüssig­ keit (54) druckbeaufschlagte Kolben (44) aufweist, die mit den äußeren Stempelteilen (22) in Wirkverbindung stehen.

6. Tiefziehwerkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das hydraulische System ein Reservoir (62) für eine Hydraulikflüssigkeit (54) aufweist, das außerhalb des Tiefziehwerkzeuges (10) angeordnet ist.

7. Tiefziehwerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (43) eine Regeleinrichtung (64) zum kontrollierten Einstel­ len des Druckes auf die äußeren Stempelteile (22) aufweist.

8. Tiefziehwerkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (43) Meßeinrichtungen (96, 98) zum Erfassen einer oder mehrerer Positionen der Kolben (44) aufweist.

9. Tiefziehwerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ziehstempel (18) nur ein äußeres Stempelteil (22) aufweist, und daß das äußere Stempelteil (22) mit einem hydraulisch gesteuerten Kolben (44) derart in Verbindung steht, daß das äußere Stempelteil (22) kontrollierbar und regelbar gegen das innere Stempelteil (20) verschiebbar ist.

10. Tiefziehwerkzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (44) in einem mit einer Hydraulikflüssigkeit (54) beaufschlagbaren Zylinder (52) läuft, wobei der Kolben (44) eine Kolbenscheibe (48) aufweist, die von der Hydrau­ likflüssigkeit (54) mit einem regelbaren Druck beaufschlag­ bar ist, wobei dieser Druck durch einen mit der Kolben­ scheibe (48) und dem äußeren Stempelteil (22) in Verbindung stehenden Druckbolzen (58) auf das äußere Stempelteil (22) übertragbar ist.

11. Verfahren zum Tiefziehen eines napfartigen Formkörpers (92) aus einem Rohling (86) in einem Tiefziehwerkzeug (10), wobei der Formkörper (92) in mehreren Ziehvorgängen geformt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei der Ziehvorgänge unmittelbar hintereinander während einer einzigen Tiefziehbewegung in Tiefziehrichtung durchgeführt werden, wozu in dem Tiefziehwerkzeug (10) ein mehrteiliger Ziehstempel (18) vorgesehen ist, der ein erstes, innerstes Stempelteil (20) und zumindest ein weiteres, äußeres Stempelteil (22) aufweist, wobei während eines ersten Ziehabschnittes der so unmittelbar hintereinander durchge­ führten Ziehvorgänge die äußeren Stempelteile (22) unver­ schiebbar zum inneren Stempelteil (20) gehalten werden und in zumindest einem unmittelbar folgenden Ziehabschnitt das jeweils äußerste Stempelteil (22) bezüglich der inneren Stempelteile (20) kontrolliert verschoben wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Stempelteile (22) während des ersten Zieh­ abschnitte unverschiebbar gehalten werden, indem sie mit einem ausreichenden Druck beaufschlagt werden.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß in den weiteren Ziehabschnitten der Druck auf das jeweils äußerste Stempelteil (22) kontrolliert reduziert wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck so eingestellt wird, daß mit dem jeweiligen äußeren Stempelteil (22) eine bezüglich dem zu ziehenden Material angepaßte Blechhalterkraft ausgeübt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechhalterkraft während des Ziehens zurückgeregelt wird.

16. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß nach einem letzten mit dem Tiefziehwerkzeug (10) durchgeführten Ziehabschnitt mit dem dem innersten Stempelteil (20) nächst benachbarten äußeren Stempelteil (22) das gebildete Formteil (92) ausgeworfen wird.