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Die Erfindung betrifft ein Wechsel-Umformwerkzeug zum Einsatz in einer Werkzeugmaschine, die eine Mehrzahl von Wechselwerkzeugen einsetzen kann.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Wechsel-Umformwerkzeug zu schaffen, mit dem eine Umformung schonend und präzise vorgenommen werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Umformwerkzeug mit dem im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.
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Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass eine Umformrolle mit senkrecht auf der Werkstückebene stehender Drehachse neue Möglichkeiten zur Umformbearbeitung liefert. Insbesondere eine Werkstückbördelung ist hierüber möglich. Bördelwinkel von beispielsweise 90° oder auch 180° können beispielsweise durch mehrere Bearbeitungsschritte mit derartigen Umformwerkzeugen realisiert werden. Beim Umformwerkzeug kann es sich also um ein Bördelwerkzeug handeln. Entsprechend kann es sich bei der Umformrolle um eine Bördelrolle handeln.
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Mindestens ein Gegenwerkzeug nach Anspruch 2 verbessert eine werkstückschonende und präzise Bearbeitung.
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Anordnungen der Umformrolle mit auf der Werkstückebene senkrechter Drehachse nach den Ansprüchen 3 und 4 bieten Varianten für eine Vielzahl von Bearbeitungsmöglichkeiten. Entsprechende Umformrollen können sowohl am Werkzeug-Oberteil als auch am Werkzeug-Unterteil montiert sein.
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Ein konusförmiger Mantelabschnitt nach Anspruch 5 hat sich insbesondere beim Einsatz als Bördelwerkzeug bewährt.
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Eine Mehrzahl von Umformrollen nach Anspruch 6 ermöglicht eine besonders schonende und präzise Werkstückbearbeitung.
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Dies gilt besonders für ein Umformwerkzeug nach Anspruch 7.
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Eine Gegenwerkzeug-Umformrolle nach Anspruch 8 ermöglicht es, das Werkstück schonend zwischen der Umformrolle und dem Gegenwerkzeug hindurch zu führen. Es können mehrere Gegenwerkzeug-Umformrollen zum Einsatz kommen. Mindestens eine der Gegenwerkzeug-Umformrollen kann ebenfalls um eine Drehachse drehbar sein, die senkrecht auf der Werkstückebene steht. Im Allgemein sind Drehachsen der mindestens einen Gegenwerkzeug-Umformrolle senkrecht oder parallel zur Werkstückebene möglich. Soweit mehrere Gegenwerkzeug-Umformrollen zum Einsatz kommen, sind für deren Drehachsen auch unterschiedliche Orientierungen, beispielsweise einerseits parallel und andererseits senkrecht zur Werkstückebene, möglich.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
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1 perspektivisch ein Wechsel-Umformwerkzeug am Beispiel eines Bördelwerkzeugs zum Einsatz in einer nicht dargestellten Werkzeugmaschine, die eine Mehrzahl von Wechselwerkzeugen einsetzen kann, bei einer Bördelbearbeitung, mit der eine Schutzkante für einen Handeingriff in einem Blechteil als Werkstück erzeugt wird;
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2 einen axialen Längsschnitt durch das Wechsel-Umformwerkzeug, wobei zwischen einem Werkzeug-Oberteil und einem Werkzeug-Unterteil ein nicht maßstäblich großer Abstand vorliegt;
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3 und 4 Momentanstellungen zwischen dem Werkzeug-Oberteil und dem Werkzeug-Unterteil bei der Bördelbearbeitung des dazwischen angeordneten Werkstücks;
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5 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführung eines Wechsel-Umformwerkzeugs, welches beispielsweise anstelle des Wechsel-Umformwerkzeugs nach 1 in der Werkzeugmaschine zum Einsatz kommen kann;
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6 ein Schnitt gemäß Linie VI-VI in 5;
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7 ein Werkzeug-Oberteil und ein Werkzeug-Unterteil des Umformwerkzeugs nach den 5 und 6, wobei das Werkzeug-Unterteil „stehend” so angeordnet ist, dass eine Werkstückebene des Umformwerkzeugs parallel zur Zeichenebene angeordnet ist und das Werkzeug-Oberteil „liegend” um 90° um eine Bearbeitungsrichtung des Umformwerkzeugs verkippt angeordnet dargestellt ist;
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8 das Werkzeug-Oberteil und das Werkzeug-Unterteil des Umformwerkzeugs nach den 5 bis 7 in einer Orientierung entsprechend der nach 7, wobei zur Veranschaulichung ein Blechstreifen während eines 90°-Bördelbearbeitungsvorgangs durch das Umformwerkzeug mit dargestellt ist; und
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9 eine Variante eines Werkzeug-Unterteils in einer Ansicht entsprechend derjenigen der 7, wobei das Werkzeug-Unterteil nach 9 anstelle des Werkzeug-Unterteils nach den 7 und 8 zum Einsatz kommen kann.
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Ein Wechsel-Umformwerkzeug
1 dient zum Einsatz in einer nicht dargestellten Werkzeugmaschine. Derartige Werkzeugmaschinen sind beschrieben beispielsweise in der
EP 2 596 878 A . In einer derartigen Werkzeugmaschine ist eine Mehrzahl von Wechselwerkzeugen nach Art des Wechsel-Umformwerkzeugs
1 einsetzbar. Das Umformwerkzeug
1 ist ein Bördelwerkzeug.
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Das Umformwerkzeug 1 hat ein Werkzeug-Oberteil 2 und ein Werkzeug-Unterteil 3. Ein Werkstück 4, insbesondere ein Blechteil, ist einer Werkstückebene 5 (vgl. auch die 2 bis 4) zwischen dem Werkzeug-Oberteil 2, das in den 3 und 4 gebrochen dargestellt ist, und dem Werkzeug-Unterteil 3 anordenbar.
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Im Werkzeug-Unterteil 3 des Umformwerkzeugs 1 ist eine Umformrolle 6 drehbar gelagert. Die Umformrolle 6 ist um eine Drehachse 7 (vgl. 2) drehbar, die senkrecht auf der Werkstückebene 5 steht. Die Umformrolle 6 hat einen konusförmigen Mantelabschnitt 8. Letzterer bildet einen sich zu einem freien Ende der Umformrolle 6 verjüngenden Endabschnitt der Umformrolle 6. Eine Rotationssymmetrieachse des konusförmigen Mantelabschnittes 8 fällt mit der Drehachse 7 zusammen.
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Gelagert ist die Umformrolle 6 in einem Axial/Radiallager 9, das im Werkzeug-Unterteil 3 aufgenommen und über eine radial zur Drehachse 7 verlaufende Fixierschraube 10 im Werkzeug-Unterteil 3 fixiert ist.
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Mit der Umformrolle 6 wirkt beim Umformwerkzeug 1 zum Bördeln des zwischenliegenden Werkstücks 4 ein Gegenwerkzeug 11 zusammen. Dieses ist ebenfalls als Umformrolle ausgebildet. Die Gegenwerkzeug-Umformrolle 11 ist um eine Drehachse 12 drehbar im Werkzeug-Oberteil 2 gelagert, die parallel zur Werkstückebene 5 verläuft. Die Gegenwerkzeug-Umformrolle 11 ist drehbar um eine Welle 13 gelagert, die koaxial zur Drehachse 12 verläuft und im Werkzeug-Oberteil 2 mit Hilfe zweier Fixierschrauben 14 fixiert ist.
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Zum Bördeln einer Kante des Werkstücks 4 wird dieses zunächst flach in der Werkstückebene 5 liegende Werkstück 4 zwischen dem Werkzeug-Oberteil 2 und dem Werkzeug-Unterteil 3 positioniert, wobei das Werkzeug-Oberteil 2 und das Werkzeug-Unterteil 3 jeweils noch nicht mit dem Werkstück 4 in Eingriff kommen. Dann werden das Werkzeug-Oberteil 2 und das Werkzeug-Unterteil 3 in Richtung einer Werkzeug-Längsachse 15 (vergleiche 2) aufeinander zu bewegt, bis ein unzubördelnder Kantenabschnitt 16 des Werkstücks 4 zwischen den konusförmigen Mantelabschnitt 8 der Umformrolle 6 und der Gegenwerkzeug-Umformrolle 11 in Eingriff kommt. Die beiden Umformrollen 6, 11 liegen bei diesem Eingriff (vgl. die Momentanposition nach 3) lateral um einen Abstand A zueinander versetzt vor, der etwas größer ist als eine Materialstärke des Kantenabschnitts 16. Bei der Bördelumformung wird das Werkstück 16 relativ zum Umformwerkzeug 1 längs einer Bearbeitungsbahn verlagert, die senkrecht auf der Zeichenebene der 3 und 4 liegt, also senkrecht auf einer Ebene liegt, die von den Drehachsen 7 und 12 aufgespannt wird. Bei der Bördelumformung drehen sich die beiden Rollen 6, 11 um ihre jeweiligen senkrecht aufeinander stehenden Drehachsen 7, 12.
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Während der Bördelumformung wird das Werkzeug-Oberteil 2 kontinuierlich in Richtung auf das Werkzeug-Unterteil 3 zu längs der Werkzeug-Längsachse 15 verlagert, so dass sich der Abstand zwischen den beiden Werkzeugteilen 2, 3 kontinuierlich verringert. Der Lateral-Abstand A ändert sich dabei nicht. Mit zunehmender Verringerung des Abstandes zwischen den beiden Werkzeugteilen 2, 3 rückt die Umformrolle 6 in eine komplementär hierzu ausgestattete Aufnahme 17 im Werkzeug-Oberteil 2 ein. Der Werkstück-Kantenabschnitt 16, der zunächst nur mit dem konusförmigen Mantelabschnitt 8 der Umformrolle 6 in Kontakt kam (vgl. 3), kommt hierdurch zunehmend auch in Kontakt mit einem sich hieran anschließenden zylindrischen Mantelabschnitt 18 der Umformrolle 6.
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Nach erfolgter 90°-Bördelung liegt der Kantenabschnitt 16 in einer Ebene senkrecht zur ursprünglichen Werkstückebene 5. Das so umgebördelte Werkstück 4 ist in den 2 und 4 dargestellt. Nach erfolgter 90°-Bördelung fahren das Werkzeug-Oberteil 2 und das Werkzeug-Unterteil 3 wieder auseinander. Die Relativverlagerung der beiden Werkzeugteile 2, 3 zu- und auseinander kann mit Hilfe eines Betätigungsstößels der Werkzeugmaschine erfolgen.
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Das Werkzeug-Oberteil 2 und das Werkzeug-Unterteil 3 können synchron zueinander miteinander um die Werkzeug-Längsachse 15 um bis zu 360° verschwenkt werden. Durch Synchronisierung dieser Schwenkbewegung mit einer xy-Verlagerung des Werkstücks 4 in der Werkstückebene 5 lassen sich auch von einer geraden Linie abweichende Bearbeitungsbahnen beim Werkstückumformen realisieren. Dies ist in der 1 anhand eines in etwa stadionförmigen Handeingriffs 19 gezeigt, der mit dem Umformwerkzeug 1 vollumfänglich umgebördelt wird.
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In einem nachgelagerten Schritt kann mit einem weiteren, entsprechend gestalteten Umformwerkzeug das um 90° vorgebördelte Werkstück 4 noch weiter umgebördelt werden, so dass eine 180°-Bördelung entsteht. Dies kann mithilfe eines Umformwerkzeugs geschehen, welches entsprechend dem Umformwerkzeug 1 ausgebildet ist, wobei bei diesem weiteren Umformwerkzeug die beiden Umformrollen 6, 11 vertauscht angeordnet sind, so dass im Werkzeug-Oberteil 2 eine Umformrolle senkrecht zur Werkstückebene 5 drehbar angeordnet ist und im Werkzeug-Unterteil 3 eine parallel zur Werkstückebene 5 drehbar angeordnete Umformrolle.
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Anhand der 5 bis 8 wird nachfolgend eine weitere Ausführung eines Wechsel-Umformwerkzeugs 20 beschrieben. Komponenten und Funktionen, die denjenigen entsprechen, die vorstehend unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 bereits erläutert wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals im Einzelnen diskutiert.
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Beim Umformwerkzeug 20 sind im Werkzeug-Unterteil 3 mehrere, nämlich vier, Umformrollen 21, 22, 23 und 24 angeordnet, die jeweils um eine Drehachse 25, 26, 27 und 28 drehbar im Werkzeug-Unterteil 3 gelagert sind (vergleiche 7). Die Drehachsen 25 bis 28 verlaufen jeweils senkrecht zur Werkstückebene 5 und beabstandet zueinander. Alle Drehachsen 25 bis 28 verlaufen in einer Drehachsen-Ebene, die senkrecht zur Werkstückebene 5 angeordnet ist und die parallel zu einer Bearbeitungsbahn beziehungsweise Bearbeitungsrichtung des Werkstücks 4 verläuft. Die bei der Bördelbearbeitung des Werkstücks 4 führende Umformrolle 21 (vgl. auch 8) hat einen konusförmigen Mantelabschnitt 29, vergleichbar zur Umformrolle 6 des Umformwerkzeugs 1. Die in der Bearbeitungsrichtung (vgl. Richtungspfeil 30 in der 8) nachfolgende Umformrolle 22 hat einen Mantelabschnitt 31 in Form eines Kegelstumpfs. Die beiden nachfolgenden Umformrollen 23 und 24 sind jeweils mit zylindrischen Mantelflächen 32, 33 ausgeführt.
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Als Gegenwerkzeug sind im Werkzeug-Oberteil 2 vier Gegenwerkzeug-Umformrollen 34, 35, 36, 37 drehbar gelagert. Beim zur Werkstückbearbeitung montierten Umformwerkzeug 20 verlaufen Drehachsen 38, 39, 40 (vgl. 6) der drei in der Bearbeitungsrichtung 30 führenden Gegenwerkzeug-Umformrollen 34, 35 und 36 parallel zur Werkstückebene 5 des Werkzeug-Oberteils 2. Die Drehachsen 38 bis 40 liegen ihrerseits beabstandet zueinander in einer Gegenwerkzeug-Drehachsenebene, die parallel zu Werkstückebene 5 liegt. Die weitere Gegenwerkzeug-Umformrolle 37 ist um eine Drehachse 41 drehbar im Werkzeug-Oberteil 2 gelagert, die senkrecht auf dieser Drehachsen-Ebene der anderen drei Gegenwerkzeug-Umformrollen 34 bis 36 angeordnet ist und in der Bearbeitungsposition des Werkzeug-Oberteils 2 senkrecht auf der Werkzeugstückebene 5 steht.
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Die Gegenwerkzeug-Umformrollen 34 bis 37 haben jeweils zylindrische Mantelflächen.
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Jeweils eine der Umformrollen 21 bis 24 ist zur Bördelbearbeitung einer der Gegenwerkzeug-Umformrollen 34 bis 37 mit einem Lateralabstand entsprechend dem Lateralabstand A des Umformwerkzeugs 1 zugeordnet.
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Zusätzlich sind im Werkzeug-Unterteil 3 noch drei Werkstück-Laufrollen 42 angeordnet, deren Drehachsen parallel zur Werkstückebene 5 verlaufen und deren zylindrische Mantelflächen gering über eine Werkstück-Auflageebene 43 des Werkzeug-Unterteils 3 überstehen.
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Die Laufrollen 42 sind den Gegenwerkzeug-Umformrollen 34 bis 36 so zugeordnet, das bei der Bördelbearbeitung das Werkstück 4 zwischen den Gegenwerkzeug-Umformrollen 34 bis 36 und den drei Laufrollen 42 geführt ist.
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8 verdeutlicht den 90°-Bördelbearbeitungsvorgang beim Durchführen eines Blechstreifens als Werkstück 4 durch das Umformwerkzeug 20. Über die Umformrolle 21, die mit der Gegenwerkzeug-Umformrolle 34 zusammenwirkt, wird der Kantenabschnitt 16 des Werkstücks 4 zunächst leicht aus der Werkstückebene 5 herausgebogen. Diese Bördelbiegung vergrößert sich dann sequenziell beim Bearbeitungskontakt des Werkstücks 4 zwischen den Umformrollenpaaren 22/35, 23/36 und 24/37. Bei diesem letzten Umformrollen-Paar 24/37 rollt der Kantenabschnitt 16 des Werkstücks zwischen den beiden jeweils um ihre parallelen Drehachsen 28, 41 gegenläufig sich drehenden Umformrollen 24/37 ab.
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Die Umformrollen 21 bis 24 wirken sequenziell mit dem Werkstück 4 zusammen.
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Die Umformrollen 21, 22 und 23 haben voneinander abweichende Axial-Querschnittskonturen.
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9 zeigt eine weitere Ausführung eines Werkzeug-Unterteils 3, das anstelle des Werkzeug-Unterteils 3 nach den 7 und 8 zum Einsatz kommen kann. Komponenten und Funktionen, die denjenigen entsprechen, die vorstehend unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 und insbesondere unter Bezugnahme auf die 5 bis 8 bereits erläutert wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals im Einzelnen diskutiert.
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Anstelle der Rollenpaare 42/21, 42/22, 42/23 des Werkzeug-Unterteils 3 nach den 7 und 8 hat das Werkzeug-Unterteil 3 nach 9 drei Umformrollen 44, 45, 46, die jeweils um eine Drehachse parallel zur Werkstückebene 5 drehbar im Werkzeug-Unterteil 3 gelagert sind. Die in der Bearbeitungsrichtung 30 führende Umformrolle 44 hat einen konusförmigen Mantelabschnitt 47. Die in der Bearbeitungsrichtung 30 nächstfolgende Umformrolle 45 hat ebenfalls einen konusförmigen Mantelabschnitt 48 mit im Vergleich zum konusförmigen Mantelabschnitt 47 steileren Konuswinkel. Die in der Bearbeitungsrichtung 30 nächstfolgende Umformrolle 46 hat einen zylindrischen Mantelabschnitt 49. Die Mantelabschnitte 47 bis 49 sind vergleichbar zu den Umformrollen 21 bis 23 der Ausführung nach den 7 und 8 um einen Lateralabstand A beabstandet zu den Gegenwerkzeug-Umformrollen 34 bis 36 des im Vergleich zu den 7 und 8 unveränderten Werkzeug-Oberteils 2 zugeordnet.
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Zusätzlich zu den Bearbeitungs-Mantelabschnitten 47 bis 49 haben die Umformrollen 44 bis 46 noch jeweils einen sich hieran anschließenden Laufrollenabschnitt 50. Die Funktion dieser Laufrollenabschnitte 50 entspricht derjenigen der Laufrollen 42 der Ausführungen nach den 6 und 7. Auch mit dem Werkzeug-Unterteil 3 nach 9 lässt sich eine 90°-Bördelung eines längs der Bearbeitungsrichtung 30 durch das Umformwerkzeug 20 geführten Werkstücks 4 erzeugen, wie vorstehend unter Bezugnahme auf die Ausführung nach den 5 bis 8 bereits erläutert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2596878 A [0002, 0021]
- US 5615471 [0002]
- JP 09108942 A [0002]
- JP 2010-017797 A [0002]
- EP 1688155 B1 [0002]
- DE 102006035987 A1 [0002]
