DE19927064B4

DE19927064B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Verformung von Blechen

Info

Publication number: DE19927064B4
Application number: DE1999127064
Authority: DE
Inventors: Paul Steinhart
Original assignee: BINDER TECHNOLOGIE AG; BINDER TECHNOLOGIE AG GAMS
Current assignee: BINDER TECHNOLOGIE AG; BINDER TECHNOLOGIE AG GAMS
Priority date: 1999-06-15
Filing date: 1999-06-15
Publication date: 2005-09-01
Anticipated expiration: 2019-06-16
Also published as: DE19927064A1

Abstract

Verfahren zur Verformung von Blechen zu großflächigen profilierten Bauteilen, insbesondere zu Karosserieteilen, wie zu Dächern, Motorhauben, Türen, Kofferraumdeckeln od. dgl.,
– wobei das zu verformende Blech nach Art des Tiefziehens in eine entsprechende Matrize gepreßt wird und
– zur Verformung des Bleches mindestens eine Preßmembran Verwendung findet, die auf der der Matrize abgekehrten Seite mit einem Druckmedium belastet wird,
dadurch gekennzeichnet, daß
– die Matrize (2) vor der Verformung mit einem flüssigen Medium (22) befüllt wird,
– das auf die Matrize (2) aufgelegte Blech (13) während seiner Verformung an den Randbereichen festgehalten wird,
– wobei zum Festhalten des Bleches (13) die Preßmembran (17) Verwendung findet und
– die unter der mittelbaren Kraft des Druckmediums stehende Mediumfüllung (22) der Matrize (2) in ihrem Widerstandsdruck entsprechend dem Verformungsfortschritt des jeweiligen Bleches (13) durch Reduzieren der Mediumfüllung (22) zurückgefahren wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verformung von Blechen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 5.

Verformungen nach Art des Tiefziehens sind seit langem bekannt und sie haben sich in der Praxis bestens bewährt und es ist erstaunlich, welche Formgebungen möglich sind. Allerdings kommt es beim Tiefziehen auf bestimmte Qualitäten der zu verformenden Bleche an. Es ist eine Materialstruktur erforderlich, die weitgehend dehnfähig ist, jedoch nur so weit, daß zwischen der Dehnfähigkeit und dem sogenannten Fließreißen bzw. der Bruchdehnung ein Abstand verbleibt, der um so größer sein muß, wenn verhältnismäßig kleine Radien geprägt werden sollen. Wenn grundsätzlich auch alle metallischen Werkstoffe tiefgezogen, bzw. fließgepreßt werden können, stehen die Stahl- und/oder Aluminiumbleche im Vordergrund, die im Handel unter der Bezeichnung "Bleche in Tiefziehqualität" erhältlich sind.

Bekannt ist auch die beim Tiefziehen sich ergebende und häufig auch geforderte Verfestigung, die aber die Bruchdehnung nicht erreichen darf, die auch im Zusammenhang mit dem erwähnten Fließreißen zu beurteilen ist. Daraus ergibt sich, daß es nur bedingt, wenn überhaupt möglich ist, großflächige, randprofilierte Bauteile, insbesondere Karosserieteile, wie Dächer, Motorhauben, Türen, Kofferraumdeckel, od. dgl. so herzustellen, daß sie den heutigen Anforderungen genügen, zumal bei dem üblichen Tiefziehen nur die Randbereiche des jeweiligen Teiles verfestigt werden, während die Verfestigung in Richtung zum mittleren Bereich wegen Fehlens einer ausreichenden Dehnung praktisch Null beträgt. Dies hat zur Folge, daß insbesondere bei Karosserieteilen, z.B. bei großflächigen Dächern, der Fahrwind, die Motorerschütterungen, Reifenunwuchten, "unruhige" Fahrbahnbeläge, Kopfsteinpflaster usw. zu einem Flattern der nicht verfestigten Bereiche führen, das optisch erträglich wahrnehmbar ist, akustisch aber außerordentlich störend wirkt, ganz abgesehen davon, daß z.B. ein Karosseriedach leicht eingedrückt werden kann. Der akustische Nachteil macht sich besonders bei hohen Fahrgeschwindigkeiten bemerkbar. Außerdem ist zu befürchten, daß z.B. beim Flattern der Innenbereiche die häufig bis zur Grenze des Möglichen verfestigten Außenbereiche reißen. Schließlich sind die Werkzeugkosten für die herkömmliche Verformungsart derart hoch, daß sie nur für Großserien hinnehmbar erscheinen.

Aus der DE 26 55 770 C3 ist ein Verfahren zur Verformung von Blechen zu großflächigen profilierten Bauteilen bekannt, wobei das zu verformende Blech nach Art des Tiefziehens in eine entsprechende Matrize gepreßt wird und zur Verformung des Bleches mindestens eine Preßmembran Verwendung findet, die auf der der Matrize abgekehrten Seite mit einem Druckmedium belastet wird. Außerdem wird eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens offenbart, wobei die Vorrichtung eine Tiefziehmatrize mit einem Niederhalter aufweist und die Matrize entsprechend dem zu fertigenden Bauteil ausgespart ist. Gerade bei der Herstellung von großflächigen Teilen mit großer Ziehtiefe, insbesondere bei Karosserieteilen, wie Dächern, Motorhauben, Türen, Kofferraumdeckeln od. dgl., bestehen nach dem Stand der Technik Schwierigkeiten, denn das Blech wird dabei durch die Preßmembran nach dem Stand der Technik weitgehend nur gebogen, ohne daß eine verfestigende Streckung des Bleches erfolgt.

Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben mit dem sich aus Blech großflächige Bauteile, insbesondere Karosserieteile, wie Dächer, Motorhauben od.dgl. auch für kleinere Serien kostengünstig herstellen lassen, die weder zum Flattern, noch zum Dröhnen, noch zum Reißen neigen, sowie eine Vorrichtung zu entwickeln, die bei verhältnismäßig geringen Herstellungskosten eine wirtschaftliche Durchführung des Verfahrens ermöglicht.

Der verfahrensmäßige Teil der Aufgabe wird durch die Merkmale des Hauptanspruches 1 gelöst. Durch das Festhalten der Randbereiche des zu verformenden Bleches und durch die formlose Preßmembran, die mittelbar über das Blech auf die ihr gegenüberliegende, gewissermaßen ebenfalls formlose Mediumfüllung der Matrize wirkt, wird das Blech über seine ganze, nicht eingespannte Fläche gestreckt und dabei großflächig verfestigt. Das Strecken des Bleches und damit die Verfestigung verläuft weitgehend gleichmäßig, was sich dann ändert, wenn die profilierte Ausnehmung in der Matrize bei zurückgefahrenem Mediumdruck voll wirksam wird und der endgültigen Verformung des jeweiligen Bleches nichts mehr im Wege steht. Zwar führt das Ausformen in der Endphase zu weiteren Verfestigungen, jedoch haben diese noch einen genügenden Abstand zur Bruchdehnung. Zu erwähnen ist ferner, daß die etwa gleichmäßige Verfestigung auch darauf beruht, daß – abgesehen von der Endphasenformgebung – gewissermaßen keine Hemmschwellen für das Strecken vorhanden sind, welche die Gleichmäßigkeit stören könnten. Anders ausgedrückt bedeutet dies, daß im vorteilhaften Gegensatz zu herkömmlichen Tiefziehverfahren das Blech nicht oder nur geringfügig nachrutschen kann, so daß das Strecken zu einer gleichmäßigen Verfestigung führen muß, die mit Sicherheit die bereits erwähnten Nachteile, nämlich das Flattern, das Dröhnen und das Reißen der fertigen Teile verhindert. Mithin sind mit dem erfindungsgemäßen Verfahren nunmehr Bauteile herstellbar, wie solche gemäß den bekannten Verfahren undenkbar waren; insbesondere können nunmehr im vorteilhaften Gegensatz zu früheren Arten des Tiefziehens auch Bauteile mit Hinterschneidungen gefertigt werden. Des weiteren ist es außerordentlich vorteilhaft, daß man auf grund des Fehlens eines Stempels mit nahezu halbierten Werkzeugkosten auskommt, was für kleinere Serien von entscheidender Bedeutung ist.

Um den zuletzt genannten Vorteil eine noch größere Bedeutung zukommen zu lassen, ist es zweckmäßig, nach Anspruch 2 vorzugehen. Auf diese Weise lassen sich großflächige Bauteile in einem Zug formgerecht herstellen, die überhaupt keiner Nachprägung bedürfen.

Damit die Endformgebung tatsächlich in einem Zug vollziehbar ist, wird empfohlen, nach Anspruch 3 zu handeln. Der aufrecht erhaltene Widerstandsdruck des jeweiligen Mediums in der Befülleinrichtung verhindert unerwünschte Veränderungen des fertigen Bauteiles.

Eine wesentliche Besonderheit des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß bei der Verformung gleichzeitig der Rand des fertigen Bauteiles beschnitten wird, wie dies in Anspruch 4 angegeben ist. Dadurch entfallen kostspielige Beschneidewerkzeuge, was wiederum für kleine Serien von außerordentlichem Vorteil ist.

Zur Lösung des vorrichtungsmäßigen Teils der Aufgabe ist für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4 eine, eine Tiefziehmatrize und einen Niederhalter aufweisende Vorrichtung vorgesehen, wie sie sich aus Patentanspruch 5 ergibt. Hier besticht vor allem der einfache Aufbau, zumal die Matrize ohne Mehraufwand gegenüber herkömmlichen Werkzeugen entsprechend dem zu fertigenden Blechteiles, z.B. durch Erodieren oder Fräsen ausgespart werden kann, die Schaffung von Füll- und/oder Entleerungsleitungen keinerlei Schwierigkeiten bereitet und ein steuerbares Ventil praktisch im Handel erhältlich ist. Zu dem Ventil der Füll- und/oder Entleerungsleitung sei bemerkt, daß dieses Ventil derart steuerbar sein muß, daß das Füllmedium, z.B. eine Wasseremulsion in der Endphase der Verformung in der Füll- und/oder Entleerungsleitung verbleibt und die Mündung in die Aussparung verschließt. Der lückenlos umlaufende Niederhalter ist ebenfalls einfach herstellbar und die mit Druck zu beaufschlagende Preßmembran ist kein Teil der Vorrichtung, vielmehr gehört diese entweder zu einer Hochdruck-Tunnelpresse oder zu einer Preßeinheit, wobei letztere allerdings mit der Matrize oder mit einer die Matrize von unten abstützenden Platte fest verbindbar sein muß, wofür ein gewisser Bauaufwand unvermeidbar erscheint. Trotz dieses Mehr an Bauaufwand bleibt der Vorteil des verbilligten Werkzeuges weitgehend erhalten, da die Preßeinheit auch anderweitig einsetzbar ist und daher eine Kleinserie so gut wie nicht belastet. Wenn besondere Hinterschneidungen zu beherrschen sind, kann es erforderlich sein, weitere Füll- bzw. Emtleerungsleitungen und/oder geänderte Matrizen vorzusehen, jedoch wird dadurch der Rahmen der Erfindung nicht verlassen.

Ein besonderer Herstellungsvorteil ergibt sich dann, wenn man sich die Lehre des Anspruches 6 zunutze macht. Dadurch werden nämlich zwei Arbeitsgänge in einem einzigen Werkzeug vollzogen, so daß die Pro-Stück-Kosten, z.B. für gefertigte Dächer od.dgl., absinken.

Der Niederhalter, der lückenlos umläuft, kann mehrteilig sein, was aber nicht ausschließt, daß er gemäß Anspruch 7 ausgebildet ist.

Um die Preßmembran zu schonen ist es zweckmäßig, nach Anspruch 8 vorzugehen. Ähnliches gilt für die Maßnahme nach Anspruch 9; hier ergibt sich zusätzlich der Vorteil, daß das Blech von der Preßmembran mit Sicherheit an die oberen Bereiche der Aussparung der Matrize gepreßt wird, was auch für das Besehneiden von Bedeutung ist.

Wenn man nach Anspruch 10 vorgeht, ist es möglich, das eingespannte Blech ab dem Festeinspannbereich zu strecken, nicht zuletzt deshalb, weil das Füllmedium der Matrize unterhalb des Bleches gewissermaßen einen Gleitfilm bildet. Auf diese Weise ergeben sich Streckwege, die im Extremfall eine gefährliche Annäherung der Verfestigung an die Bruchdehnung vermeiden.

Bei besonders kompliziert geformten Bauteilen kann es erforderlich sein, daß rundum ein Nachrutschen des zu verformenden Bleches oder ein Nachrutschen an einzelnen Stellen erforderlich, zumindest aber wünschenswert ist, dann bietet sich dazu ein Niederhalter, ganz gleich ob er einteilig oder aus mehreren Stücken zusammengesetzt ist, an, wie sich ein solcher aus Anspruch 11 ergibt.

Für den Fall, daß eine Preßmembran, sei es die in einer Hochdruck-Tunnel-Presse oder die in einer sonstigen Einrichtung mit ihrem Wirkungsbereich für die erfindungsgemäße Vorrichtung gewissermaßen zu groß ist und die Membran teilweise ins Leere wirken würde, sind Maßnahmen vorgesehen, die sich aus Anspruch 12 ergeben.

In der Zeichnung ist das erfindungsgemäße Verfahren anhand einer ebenfalls erfindungsgemäßen Vorrichtung beispielsweise erläutert; es zeigen:
1 eine Vorrichtung in vereinfachter Schnittdarstellung, wobei sich die Vorrichtung unter einer Preßmembran befindet,
2 eine Oberansicht auf eine Vorrichtung ohne Standfläche mit einem besonderen Niederhalter, der die Vorrichtung allseitig überragt und
3 die Vorrichtung gemäß 2 in Seitenansicht.
Wie sich aus 1 ergibt, besteht die Vorrichtung 1 aus einer Matrize 2 und einem Niederhalter 3. Die Matrize 2 weist eine Aussparung 4 auf, die in ihrer Gestaltung dem zu fertigenden Bauteil entspricht und Wülste 5, 6 aufweist, die Sicken im fertigen Bauteil ergeben. In der Nähe des oberen Randes der Aussparung 4 ist eine umlaufende Nut 7 in 2 nur angedeutet vorgesehen, die zwei Schneidkanten 8, 9 aufweist. In die Aussparung 4 mündet eine Füll- und/oder Entleerungsleitung 10, die mit einem steuerbaren Ventil 11 ausgestattet ist. Die Vorrichtung 1 stützt sich auf einer angedeuteten druckstabilen Platte 12 ab.
Mit 13 ist ein zu verformendes Blech bezeichnet, das sich zwischen der Oberfläche 14 und den lückenlos umlaufenden Niederhalter 3 befindet. Da die Oberfläche 14 in dem inneren Bereich leicht schräg nach unten verläuft, (übertrieben dargestellt) liegen die Teile 2, 13 und 3 nur in den Bereichen 15, 16 dicht aneinander, wie dies durch verstärkte Striche angedeutet ist. Die ganze Vorrichtung 1 liegt dicht unter einer Preßmembran 17, die einer Hochdruck-Tunnelpresse oder einer anderen hydraulischen oder pneumatischen Druck- bzw. Presseinrichtung angehört. Wenn die lichte Höhe zwischen der Platte 12 und der Preßmembran 17 über der Höhe der Matrize 2 mit ihrem Niederhalter 3 liegt, dann wird die Matrize 2 unterlegt. Wenn die Länge und/oder die Breite der Matrize 2 kleiner ist als der Wirkungsbereich der Preßmembran 17 werden Paßstücke 18 vorgesehen, damit die Preßmembran 17 nicht ins Leere wirken kann, wodurch sie Schaden nehmen könnte. Eine Grenze des Wirkungsbereiches der Preßmembran 17 ist in der 1 rechts mit der Bezugszahl 17a deutlich gemacht. Wiederum zur Schonung der Preßmembran 17 sind die innen umlaufenden Bereiche 19 des Niederhalters 3, sowie die oberen Ränder 20 der Aussparung 4 gerundet.
Wenn nun ein Druckmedium in Richtung des Pfeiles 21 auf die Preßmembran 17 wirksam wird, dann wird nicht nur der Niederhalter 3 über das Blech 13 auf die Matrize 2 gedrückt, sondern es erfolgt auch eine ballenartige Verformung des Bleches 13, wodurch das Blech 13, da es in den Bereichen 15, 16 fest eingespannt ist, gedehnt und damit verfestigt wird.
Bei einer weiteren Drucksteigerung wird das Blech 13 über seinen ganzen nicht eingespannten Bereich weiter gedehnt und kommt schließlich zur Anlage an die Innenkonturen der Aussparung 4. Es versteht sich, daß bei den Wülsten 5, 6 eine zusätzliche Streckung und Verfestigung stattfindet, die aber ungefährlich bleibt. Dieser Verformungsvorgang erfolgt gegen den Widerstand einer Mediumfüllung 22, deren Widerstandsdruck entsprechend des Verformungsfortschrittes über die Leitung 10 und das steuerbare Ventil 11 auf Null zurückgefahren wird, d.h. zu diesem Zeitpunkt ist die Matrize 2, bis auf die Leitung 10 mediumfrei. Das Medium in der Leitung 10 stellt dabei eine Sperre gegenüber der Aussparung 4 dar, so daß an der Leitungsmündung keine Verformung erfolgt, da die Mündung verschlossen ist. Eine geringfügige Drucksteigerung führt dazu, daß die Schneidkanten 8, 9 der Nut 7 wirksam werden und der ausgeformte Teil beschnitten wird.
Die 2 läßt erkennen, daß der Niederhalter lückenlos umlaufend ist, wobei es keine Rolle spielt, ob der Niederhalter von einem Rahmen gebildet ist oder sich aus vier Teilen zusammensetzt. In die 2 und 3 sind zum besseren Verständnis die vorausgegangenen Bezugszahlen eingetragen. Unterschiedlich gegenüber 1 ist der Niederhalter 3, der die Matrize 2 allseitig überragt. Zwischen den überragenden Teilen des Niederhalters 3 und der Platte 12 sind Hubzylinder 23 vorgesehen, die dazu dienen, den Niederhalter an einzelne Stellen leicht anzuheben, um ein steuerbares Nachrutschen des Bleches 13 zu ermöglichen, das bei besonderen Formen, also bei besonderen Bauteilgeometrien zweckmäßig erscheint, und zwar deshalb, weil im Extremfall durch das umlaufende gleichmäßige Festhalten der Randzonen des Bleches 13 die Bruchdehnung erreicht werden könnte, was unbedingt zu vermeiden ist. Eine besondere Form des jeweiligen Bauteiles erfordert naturgemäß eine besondere Aussparung 4 in der Matrize 2, wie dies in 2 mit einer gestrichelten Linie 24 angedeutet ist. Dabei ist es zweckmäßig, auch den Niederhalter 3 entsprechend zu gestalten, wozu auf die strichpunktierte Linie 25 verwiesen wird. Es versteht sich, daß die Steuerung der Hubzylinder 23 vollautomatisch erfolgt, und zwar in Abhängigkeit vom Verformungsvorgang. Zur Erläuterung der 2 und 3 sei noch erwähnt, daß in diesen Figuren das Blech 13 und die Preßmembran 17 der Sicht wegen nicht dargestellt sind.

Claims

Verfahren zur Verformung von Blechen zu großflächigen profilierten Bauteilen, insbesondere zu Karosserieteilen, wie zu Dächern, Motorhauben, Türen, Kofferraumdeckeln od. dgl., – wobei das zu verformende Blech nach Art des Tiefziehens in eine entsprechende Matrize gepreßt wird und – zur Verformung des Bleches mindestens eine Preßmembran Verwendung findet, die auf der der Matrize abgekehrten Seite mit einem Druckmedium belastet wird, dadurch gekennzeichnet, daß – die Matrize (2) vor der Verformung mit einem flüssigen Medium (22) befüllt wird, – das auf die Matrize (2) aufgelegte Blech (13) während seiner Verformung an den Randbereichen festgehalten wird, – wobei zum Festhalten des Bleches (13) die Preßmembran (17) Verwendung findet und – die unter der mittelbaren Kraft des Druckmediums stehende Mediumfüllung (22) der Matrize (2) in ihrem Widerstandsdruck entsprechend dem Verformungsfortschritt des jeweiligen Bleches (13) durch Reduzieren der Mediumfüllung (22) zurückgefahren wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrize (2) allein mit der die Form des fertigen Blechteiles (13) bestimmenden Profilierung ausgestattet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der der Kraft des Druckmediums entgegenwirkende Widerstandsdruck der Mediumfüllung (22) im Endphasenbereich der Verformung des jeweiligen Bleches (13) auf Null zurückgefahren wird, jedoch so, daß der Widerstandsdruck des jeweiligen Mediums in der Befülleinrichtung aufrechterhalten bleibt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Endphasenbereich der Verformung gleichzeitig der Rand des fertigen Bleches (13) beschnitten wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Vorrichtung eine Tiefziehmatrize mit einem Niederhalter aufweist und die Matrize entsprechend dem zu fertigenden Bauteil ausgespart ist, dadurch gekennzeichnet, daß in die Aussparung (4) der Matrize (2) mindestens eine Füll- und/oder Entleerungsleitung (10) für das jeweilige flüssige Medium (22) mündet, die ein steuerbares Ventil (11) enthält, daß die Vorrichtung (1) einen lückenlos umlaufenden, das eingelegte Blech (13) gegen die Matrize (2) pressenden Niederhalter (3) aufweist und daß die entgegen der Verformungsrichtung (21) fest auf einer druckstabilen Platte (12) abgestützte Matrize (2) mit ihrem Niederhalter (3) dicht unter einer mit Druck zu beaufschlagenden Preßmembran (17) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrize (2) im oberen Bereich der Aussparung (4) mindestens eine umlaufende Schneidkante (8 oder 9) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der lückenlos umlaufende Niederhalter (3) von einem Rahmen gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in Verformungsrichtung (21) die Innenbereiche (19) des rahmenartigen Niederhalters (3) nach unten gerundet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die gerundeten Bereiche (19) des Niederhalters (3) gegenüber den oberen, ebenfalls gerundeten Rändern (20) der Aussparung (4) der Matrize (2) nach außen versetzt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche (14) der Matrize (2) für das zu verformende Blech (13) ab einem äußeren Festeinspannbereich (15, 16) leicht nach unten geneigt verläuft.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Niederhalter (3) die Matrize (2) allseitig überragt und zwischen den überragenden Teilbereichen des Niederhalters (3) und einer druckstabilen Platte (12) als Standfläche für die Matrize (2) Hubzylinder (23) vorgesehen sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrize (2) mindestens in Länge und Breite einem, gegenüber der Vorrichtung (1) überdimensionierten Wirkungsbereich der Preßmembran (17) anpaßbar ist, indem seitliche, auf der druckstabilen Platte fest abgestützte Füllstücke (18) vorgesehen sind.