DE20320712U1

DE20320712U1 - Frei programmierbares Formwerkzeug zur Herstellung von beliebig geformten flächigen Bauteilen

Info

Publication number: DE20320712U1
Application number: DE20320712U
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2003-11-28
Filing date: 2003-11-28
Publication date: 2004-12-23
Anticipated expiration: 2013-11-29

Abstract

Frei programmierbares Formwerkzeug zur Herstellung von beliebig geformten flächigen Bauteilen (32, 33), bei denen es sich um Positiv- oder Negativformen (Urmodelle 33) oder verwertbare Werkstücke (32) handelt, dadurch gekennzeichnet, dass das Formwerkzeug auf eine Flächenkontur einstellbar ist, die der Flächenkontur (34) des Bauteiles (32, 33) entspricht, wobei die Flächenkontur des Formwerkzeuges durch eine Matrix (31) aus m × n einzelnen Segmentstempeln (1) gebildet ist, welche jeweils eine definierte, die maximale Auflösung des Formwerkzeuges vorgebende Seitenlänge (2) aufweisen, wobei die Gesamtanzahl der Segmentstempel (1) die Größe der Matrix (31) und damit die herstellbare Größe des Bauteils (32, 33) bestimmt.

Description

Frei programmierbares Formwerkzeug zur Herstellung von beliebig geformten flächigen Bauteilen
Die Erfindung betrifft ein frei programmierbares Formwerkzeug zur Herstellung von beliebig geformten flächigen Bauteilen, bei denen es sich um Positiv- oder Negativformen (Urmodelle) und/oder verwertbare Werkstücke handelt.
Ein Formwerkzeug dieser Art wird beispielsweise im Schienenfahrzeugbau und auch im allgemeinen Formenbau benötigt, um Urmodelle und verwertbare Werkstücke – wie beispielsweise Innenverkleidungsteile und Außenverkleidungsteile – zu erstellen, wobei diese Verkleidungsteile aus faserverstärktem Kunststoff bestehen können.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Formwerkzeug zu schaffen, das über geeignete Eingangsdaten für die Oberflächentopographie der Bauteile, beispielsweise 3D-CAD-Daten, direkt angesteuert werden kann. Wesentlich ist auch, dass auf ein aufwändiges Erzeugen von Negativ- oder Positivformen, die als Urmodelle der späteren Herstellung der eigentlichen Werkstücke dienen, durch Formfräsen oder andere abtragende Bearbeitungsverfahren verzichtet werden kann. Des weiteren soll das Formwerkzeug während der Einstellung für eine neue Oberflächentopographie autark arbeiten können. Schließlich soll das Formwerkzeug einfach in seinem Aufbau und kostengünstig realisierbar sein; dafür ist anzustreben, das Formwerkzeug weitgehend aus möglichst gleichartigen, modular aufgebauten Grundelementen zu erstellen, um verschiedene Baugrößen von Formwerkzeugen mit den gleichen Grundelementen realisieren zu können.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass das Formwerkzeug auf eine Flächenkontur einstellbar ist, die der Flächenkontur des Bauteiles entspricht, wobei die Flächenkontur des Formwerkzeuges durch eine Matrix aus m × n einzelnen Segmentstempeln gebildet ist, welche jeweils eine definierte, die maximale Auflösung des Formwerkzeuges vorgebende Seitenlänge aufweisen, wobei die Gesamtanzahl der Segmentstempel die Größe der Matrix und damit die herstellbare Größe des Bauteils bestimmt.
Alle Segmentstempel sind identisch gestaltet und weisen jeweils einen quadratischen Grundquerschnitt auf. Für eine besonders gute Abbildung der Flächenkontur des Bauteiles kann der Kopf der Segmentstempel eine spezielle Formgebung haben, z. B. abgerundet ausgebildet sein.
Die Segmentstempel sind jeweils einzeln in der Höhe (Z-Richtung) verstellbar und in Z-Richtung arretierbar. Dadurch hat die Verstellung eines Segmentstempels keinen Einfluss auf den bereits eingestellten benachbarten Segmentstempel.
Die Segmentstempel sind über Klemmbacken und Klemmbackenschieber zu verriegeln, die durch Stellelemente betätigt werden. Durch wechselseitiges Lösen und Klemmen der insgesamt vier Klemmbacken und Klemmbackenschieber über das jeweilige Stellelement sowie das entsprechende Einstellen eines in Z-Richtung aktiven Zustellstempels ist es in der richtig koordinierten Abfolge möglich, jeden Segmentstempel innerhalb der Matrix m und n einzeln anzusprechen und zu positionieren.
Das Einstellen der Segmentstempel läuft vollautomatisch, durch Software gesteuert ab. Nach der Einzelpositionierung aller Segmentstempel werden diese komplett über die Klemmbacken und Klemmbackenschieber verriegelt. Das Formwerkzeug ist nun für die eingestellte Flächenkontur betriebsbereit und kann entweder zur Erstellung eines Urmodells oder zur direkten Abformung von verwertbaren Bauteilen genutzt werden.
Das Urmodell dient zum separaten Abformen von verwertbaren Bauteilen unabhängig vom programmierbaren Formwerkzeug und außerdem einer Schnelleinstellung des Formwerkzeuges. Die Schnelleinstellung des Formwerkzeuges ist z. B. für Wiederholaufträge vorteilhaft, wenn erneut ein oder mehrere gleiche Urmodelle erzeugt werden sollen.
Bei der Schnelleinstellung wird das Formwerkzeug komplett entriegelt, das Urmodell aufgelegt und auf dem Formwerkzeug arretiert. Über ein geeignetes Wirkmedium werden bei dem Einstellvorgang nun alle Segmentstempel gleichzeitig soweit bewegt, bis sie sich an die Innenkontur des Urmodells anlegen. Abschließend findet eine Verriegelung aller Segmentstempel statt, so dass die Oberflächentopographie des Formwerkzeuges nun wieder der des Urmodells entspricht.
Bei hohem Anspruch an die Oberflächengüte des herzustellenden Bauteils kann über die Matrix der Segmentstempel ein Tuch aus einem geeigneten elastischen Material gespannt werden. Dieses Tuch wirkt glättend auf die Abformung des Urmodells oder der verwertbaren Bauteile.
Die einzelnen Bauteile des Formwerkzeuges können sowohl aus metallischen Werkstoffen (wie Stahl oder Aluminium) als auch aus Kunststoff oder keramischen Werkstoffen hergestellt sein. Auch eine Kombination der vorgenannten Werkstoffe ist möglich.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen
1 das vollständige Formwerkzeug in einem perspektivischen Teilschnitt,
2 den Ablauf der Einstellung, des Verriegelns und des Lösens von Segmentstempeln, am Beispiel einer 2 × 2 Matrix,
3 eine Ausführungsform eines Segmentstempels.
Durch das Formwerkzeug soll eine Flächenkontur 34 eines beliebig geformten flächigen Bauteils abgebildet werden, bei dem es sich um ein verwertbares Werkstück 32 oder ein Urmodell 33 als Positiv- oder Negativform handelt. Die Flächenkontur 34 wird durch Segmentstempel 1 dargestellt, welche eine Matrix 31 aus m × n einzelnen Segmentstempeln 1 bilden. Alle Segmentstempel 1 befinden sich in einem Formkasten 28 und werden über wenigstens ein Stempelgitter 5 in ihrer Axialrichtung geführt. Für diese Führung im Stempelgitter 5 weisen die Segmentstempel 1 einen zylindrischen Schaft 3 auf. Jeder Segmentstempel 1 kann in Höhe seines größtmöglichen Verfahrweges 25 in Z-Richtung eingestellt werden, um die programmierte Flächenkontur 34 mit einer der Seitenlänge 2 (Maß a) der Segmentstempel 1 entsprechenden maximalen Auflösung abzubilden. Der größtmögliche Verfahrweg 25 ist durch das Stempelgitter 5 und einen Anschlag 18 im unteren Bereich der Segmentstempel 1 begrenzt, wobei der Anschlag 18 durch eine Aufweitung des Segmentstempels 1 oder einen separaten Sprengring gebildet sein kann. Für eine besonders gute Abbildung der Flächenkontur 34 des Bauteiles 32 oder 33 kann der Kopf 4 der Segmentstempel 1 eine spezielle Formgebung haben, z. B. abgerundet ausgebildet sein.
Die Einstellung jedes einzelnen Segmentstempels 1 in Z-Richtung erfolgt über einen Zustellstempel 30, der über ein Stellelement 23 bewegt wird. Das Stellelement 23 ist Bestandteil eines Koordinaten-Kreuztisches 24, durch den Verfahrwege 16 in X- und Y-Richtung sowie in Z-Richtung erreicht werden. Die Einstelldaten dieser Verfahrwege 16 werden von einer CNC-Steuerung 29 bereitgestellt und koordiniert.
Der Einstellvorgang der Segmentstempel 1 wird nun anhand der in 2 gezeigten Matrix aus 2 × 2 Segmentstempeln erläutert:
In 2-1 sind die Segmentstempel Nr. 1 bis 4 der Matrix festgeklemmt.
In 2-2 sind alle Segmentstempel Nr. 1 bis 4 gelöst. Geklemmt bzw. gelöst werden die Segmentstempel über jeweils zugehörige, am oberen Umfang des Formkastens 28 angeordnete Klemmbacken 7 bis 10 sowie die Klemmbackenschieber 11 bis 14, welche Stellelemente 19 bis 22 betrieben werden.
In 2-3 ist der Segmentstempel Nr. 1 gelöst, wird zugestellt und anschließend verriegelt. Die Segmentstempel Nr. 2, 3 und 4 sind verriegelt.
In 2-4 ist der Segmentstempel Nr. 2 gelöst, wird zugestellt und anschließend verriegelt. Die Segmentstempel Nr. 1, 2 und 4 sind verriegelt.
In 2-5 ist der Segmentstempel Nr. 3 gelöst, wird zugestellt und anschließend verriegelt. Die Segmentstempel Nr. 1, 2 und 4 sind verriegelt.
In 2-6 ist der Einstellvorgang beendet und alle Segmentstempel Nr. 1 bis 4 sind festgeklemmt.
Dieser Einstellvorgang ist unabhängig von der Größe der Matrix, so dass die Abmessungen des Formwerkzeuges prinzipiell nicht limitiert sind. Durch den modularen Aufbau des Formwerkzeuges sind verschiedene Formwerkzeuggrößen mit immer wiederkehrenden gleichen Grundelementen möglich, welche einfach in Ihrem Aufbau und kostengünstig realisierbar sind.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen, auf eine gewollte Flächenkontur eingestellten Formwerkzeuges können verwertbare Werkstücke 32, beispielsweise Verkleidungselemente aus faserverstärktem Kunststoff, unmittelbar produziert werden. Alternativ besteht die Möglichkeit, ein Urmodell 33 zu erzeugen, das dann unabhängig vom Formwerkzeug der Herstellung der Werkstücke 32 dient. Bei einem hohem Anspruch an die Oberflächengüte des herzustellenden Bauteils 32 oder 33 wird ein glättend wirksames elastisches Tuch 15 über die Matrix 31 der Segmentstempel 1 gespannt.
Das Urmodell 33 ist auch zur Schnelleinstellung des Formwerkzeuges nutzbar. In diesem Falle wird das Urmodell 33 auf das Formwerkzeug gelegt, wobei alle Segmentstempel 1 gelöst sind und in Kontakt mit einer Membrane 17 stehen (siehe 3), die im unteren Bereich des Formkastens 28 angeordnet ist und eine Dichtung für ein im Formkasten 28 befindliches Wirkmedium 26 bildet. Das Einfüllen einer weiteren Menge an Wirkmedium 26 über einen Zugang 27 in den Formkasten 28 hat zur Folge, dass die Membrane 17 die Segmentstempel 1 anhebt bis diese der Flächenkontur 34 des Urmodells 33 entsprechende Stellungen einnehmen. Die Schnelleinstellung des Formwerkzeuges endet mit dem Festklemmen aller Segmentstempel 1.

1: Segmentstempel
2: Seitenlänge a eines Segmentstempels
3: zylindrischer Schaft des Segmentstempels
4: Kopf des Segmentstempels
5: Stempelgitter
6: Lochmatrix m, n des Stempelgitters
7: Klemmbacke für X-Richtung
8: Klemmbacke für X-Richtung
9: Klemmbacke für Y-Richtung
10: Klemmbacke für Y-Richtung
11: Klemmbackenschieber für X-Richtung
12: Klemmbackenschieber für X-Richtung
13: Klemmbackenschieber für Y-Richtung
14: Klemmbackenschieber für Y-Richtung
15: elastisches Tuch
16: Verfahrwege des Koordinaten-Kreuztisches in X-, Y- und Z-Richtung
17: Membrane im Formkasten
18: unterer Anschlag am Segmentstempel
19: Stellelement Schieber) für X-Richtung
20: Stellelement Schieber) für X-Richtung
21: Stellelement Schieber) für Y-Richtung
22: Stellelement Schieber) für Y-Richtung
23: Stellelement für Z-Richtung
24: Koordinaten-Kreuztisch
25: maximaler Verfahrweg eines Segmentstempels in Z-Richtung
26: Wirkmedium für Schnell-Einstellung der Segmentstempel
27: Zugang für Wirkmedium
28: Formkasten
29: CNC-Steuerung
30: Zustellstempel für Z-Richtung (CNC gesteuert)
31: Matrix aus m × n Segmentstempeln
32: Bauteil, verwertbares Werkstück
33: Bauteil, Urmodell als Positiv- oder Negativform (Anschlag für Schnelleinstellung der Segmentstempel)
34: Flächenkontur des verwertbaren Werkstücks bzw. des
: Urmodells

Claims

Frei programmierbares Formwerkzeug zur Herstellung von beliebig geformten flächigen Bauteilen (32, 33), bei denen es sich um Positiv- oder Negativformen (Urmodelle 33) oder verwertbare Werkstücke (32) handelt, dadurch gekennzeichnet, dass das Formwerkzeug auf eine Flächenkontur einstellbar ist, die der Flächenkontur (34) des Bauteiles (32, 33) entspricht, wobei die Flächenkontur des Formwerkzeuges durch eine Matrix (31) aus m × n einzelnen Segmentstempeln (1) gebildet ist, welche jeweils eine definierte, die maximale Auflösung des Formwerkzeuges vorgebende Seitenlänge (2) aufweisen, wobei die Gesamtanzahl der Segmentstempel (1) die Größe der Matrix (31) und damit die herstellbare Größe des Bauteils (32, 33) bestimmt.
Formwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Formwerkzeug im Hinblick auf die Einstellung der Flächenkontur (34) des Bauteiles (32, 33) für eine direkte Ansteuerung mit geeigneten Eingangsdaten, insbesondere 3D-CAD Daten, ausgebildet ist.
Formwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstelldaten für die Segmentstempel (1) von einer CNC-Steuerung (29) bereitgestellt und koordiniert werden.
Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass alle Segmentstempel (1) identisch gestaltet sind und jeweils einen quadratischen Grundquerschnitt (Seitenlänge 2) aufweisen.
Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmentstempel (1) jeweils einzeln in der Höhe (Z-Richtung) verstellbar und in Z-Richtung arretierbar ist.
Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmentstempel (1) über Klemmbacken (7, 8, 9, 10) und Klemmbackenschieber (11, 12, 13, 14) zu verriegeln sind, die durch Stellelemente (19, 20, 21, 22) betätigt werden.
Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem hohem Anspruch an die Oberflächengüte des herzustellenden Bauteils (32, 33) ein glättend wirksames elastisches Tuch (15) über die Matrix (31) der Segmentstempel (1) gespannt wird.
Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmentstempel (1) in einem Formkasten (28) angeordnet und über zumindest ein Stempelgitter (5) in ihrer Axialrichtung geführt sind.
Formwerkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmentstempel (1) einen zylindrischen Schaft (3) aufweisen, der im Stempelgitter (5) geführt ist.
Formwerkzeug nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Stempelgitter (5) den maximalen Verfahrweg (25) der Segmentstempel (1) in Z-Richtung begrenzt.
Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkasten (28) in seinem unteren Bereich ein Wirkmedium (26) enthält und eine Membrane (17) aufweist, die als Dichtung für das Wirkmedium (26) wirksam ist und bei einer Änderung des Volumens des Wirkmediums (26) die unteren Enden der Segmentstempel (1) in Z-Richtung beaufschlagt.
Formwerkzeug nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkasten (28) einen Zugang (27) für das Wirkmedium (26) aufweist.
Formwerkzeug nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Schnelleinstellung des Formwerkzeuges mittels der Membrane (17) ein Urmodell (33) eingesetzt wird.
Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung jedes einzelnen Segmentstempels (1) in Z-Richtung über einen Zustellstempel (30) erfolgt, der über ein Stellelement (23) bewegt wird, wobei die Stellelemente (23) Bestandteile eines Koordinatenkreuztisches (24) sind.