-
TECHNISCHES
GEBIET
-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Blechformungsvorrichtung
und ein Verfahren zum Verhindern von Oberflächendefekten in einem Umfangsbereich
um eine lokale Vertiefung in einem größeren Formungsbereich. Eine
derartige Vorrichtung ist im Oberbegriff von Anspruch 1 definiert
(siehe z. B. JP-A-58 157 531).
-
HINTERGRUND
-
Derzeitige
Verfahren zur Blechformung können
geringfügige
Oberflächendefekte
um lokale Vertiefungen oder abrupte Formänderungen zur Folge haben.
Diese Defekte sind in so genannten oberflächenkritischen Bereichen, die
beispielsweise bei Kraftfahrzeugkarosserieelementen gefunden werden können, besonders
unerwünscht.
Ein Beispiel eines derartigen oberflächenkritischen Bereichs ist
eine Türgriffvertiefung
in einem äußeren Fahrzeugtürelement.
Jegliche Oberflächendefekte
in diesem Bereich führen
entweder zu einer Ausmusterung des Elements oder zu einer aufwändigen und
kostenaufwändigen
Oberflächennachbearbeitung.
-
Die
Oberflächendefekte
treten in Folge von erheblichen lokalen Spannungsänderungen
um die Vertiefung auf, wenn das Metall geformt wird, was bei derzeitigen
Produktionsverfahren häufig
zu mehreren dauerhaften Defekten in der Form von ungleichmäßigen Oberflächen führt, die
zurückbleiben,
nachdem das Blech zurückspringt,
wenn das geformte Element freigegeben und aus der Formungsvorrichtung
ausgeworfen wird.
-
ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
-
Das
zuvor genannte Problem wird durch die Erfindung gelöst, die
eine Blechformungsvorrichtung zum Verhindern von Oberflächendefekten
in einem Umfangsbereich um eine lokale Vertiefung in einem größeren Formungsbereich,
die die Merkmale von Anspruch 1 besitzt, schafft.
-
Bei
einer vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung kann die Formung der lokalen Vertiefung abgeschlossen
werden, wenn sich der zweite Hauptformungskörper in einem Abstand von nicht
mehr als 10 mm von seiner endgültigen
Anschlagposition befindet.
-
Bei
einer gut angepassten Ausführungsform kann
die Bildung der lokalen Vertiefung abgeschlossen werden, wenn sich
der zweite Hauptformungskörper
in einem Abstand von nicht mehr als 4 mm von seiner endgültigen Anschlagposition
befindet.
-
Bei
einer entsprechenden Ausführungsform ist
der erste Hauptformungskörper
ein stationärer Stempel
und der zweite Hauptformungskörper
ein beweglicher Oberstempel.
-
Vorteilhaft
ist das Unterformungselement so beschaffen, dass es während des
Auswerfens eines fertig gestellten Blechteils in seiner zurückgezogenen Position
bleibt.
-
Bei
einer gut funktionierenden Ausführungsform
ist die Strecke des Vorsprungs des Unterformungselements in seiner
vorstehenden Position mittels eines austauschbaren Abstandshalterelements, das
zwischen dem ersten Hauptformungskörper und einem an dem Unterformungselement
vorgesehenen Anschlagflansch sitzt, einstellbar.
-
Bei
einer vorteilhaften Ausführungsform
ist das Federelement eine Gasfederbaueinheit. Es kann jedoch alternativ
von einer anderen geeigneten Art sein, etwa eine Schraubenfederbaueinheit.
-
Die
Erfindung umfasst außerdem
ein Blechformungsverfahren zum Verhindern von Oberflächendefekten
in einem Umfangsbereich um eine lokale Vertiefung in einem größeren Formungsbereich. Das
Verfahren umfasst das Verwenden einer Formungsvorrichtung, die einen
ersten Hauptformungskörper
und einen zweiten Hauptformungskörper
aufweist, wovon wenigstens einer relativ zu dem anderen beweglich
ist, um einen dazwischen befindlichen Blechzuschnitt in eine gewünschte Form
auszubilden, wobei das Verfahren umfasst:
- – eine erste
Phase, in der die lokale Vertiefung zwischen dem zweiten Hauptformungskörper und einem
in dem ersten Hauptformungskörper
an einer der lokalen Vertiefung entsprechenden Position vorgesehenen
getrennten Unterformungselement gebildet wird, wobei das Unterformungselement
so beschaffen ist, dass es zwischen einer vorstehenden Position,
in der eine Formungsoberfläche
an dem Unterformungselement in Bezug auf eine umgebende Formungsoberfläche des
ersten Hauptformungskörpers
vorsteht, und einer zurückgezogenen
Position, in der die Formungsoberfläche an dem Unterformungselement mit
der umgebenden Formungsoberfläche
bündig ist,
beweglich ist, wobei das Unterformungselement mittels eines Federelements
in seine vorstehende Position vorbelastet ist, derart, dass die
lokale Vertiefung abgeschlossen wird, bevor der zweite Hauptformungskörper eine
endgültige
Anschlagposition erreicht und bevor das Unterformungselement seine
zurückgezogene
Position erreicht, und
- – eine
zweite Phase, in der der Metallzuschnitt in dem Umfangsbereich aufgrund
einer fortgesetzten Bewegung des Unterformungselements radial nach
außen
um die lokale Vertiefung gedehnt wird, unmittelbar bevor der zweite
Hauptformungskörper
eine endgültige
Anschlagposition erreicht und bevor das Unterformungselement seine
zurückgezogene
Position erreicht.
-
Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend in der ausführlichen
Beschreibung von Ausführungsformen
beschrieben.
-
KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
-
Die
Erfindung wird nun lediglich beispielhaft und anhand der beigefügten Zeichnung
ausführlicher beschrieben,
in der:
-
1 eine
schematische Veranschaulichung von Oberflächendefekten um eine Türgriffvertiefung
zeigt, wie sie mit derzeitigen Produktionsverfahren hergestellt
wird;
-
2 eine
schematische Querschnittsansicht einer Blechformungsvorrichtung
gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung zeigt. Die Ansicht zeigt die Vorrichtung in einer
Anfangsposition, bei der ein zu formender Blechzuschnitt zwischen
den ersten und den zweiten Hauptformungskörper eingelegt wurde;
-
3 eine
schematische Querschnittsansicht der Blechformungsvorrichtung wie
in 2, nur in einer mittleren Position zeigt, in der
die Vertiefung abgeschlossen ist, bevor der zweite Hauptformungskörper eine
endgültige
Anschlagposition erreicht und bevor das Unterformungselement seine
zurückgezogene
Position erreicht, und
-
4 schließlich eine
schematische Querschnittsansicht der Blechformungsvorrichtung wie
in 2 und 3, nur in einer endgültigen Position zeigt,
in der der zweite Hauptformungskörper
eine endgültige
Anschlagposition erreicht hat und sich das Unterformungselement
in seiner zurückgezogenen Position
befindet.
-
BESCHREIBUNG
VON BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
In 1 ist
ein Teil eines Fahrzeugtürelements 1 als
ein Beispiel von Oberflächendefekten 2 um
eine Türgriffvertiefung 4 gezeigt,
wie es mit derzeitigen Produktionsverfahren des Standes der Technik
hergestellt wird. Die Oberflächendefekte 2 sind
in 1 mit Strichlinien gezeichnet und – wie es
anfänglich
beschrieben wurde – sie
treten häufig
als ein Ergebnis von erheblichen lokalen Spannungsänderungen
um die Vertiefung auf, wenn das Metall geformt wird. Genauer sind
die unerwünschten
Oberflächendefekte 2 in
der Form von ungleichmäßigen Oberflächen, die
zurückbleiben,
nachdem das Blech zurückspringt,
wenn das geformte Fahrzeugtürelement 1 freigegeben
und von der (nicht gezeigten) Formungsvorrichtung des Standes der
Technik ausgeworfen wird. Es ist die allgemeine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein Auftreten derartiger Oberflächendefekte 2 in einem
Umfangsbereich 6 um eine lokale Vertiefung 4 – in diesem
Fall die Türgriffvertiefung – in einem
größeren Formungsbereich 1 (d.
h. in diesem Fall dem Fahrzeugtürelement)
zu verhindern. Der Umfangsbereich 6 ist in 1 mit
Fettdruck-Strichpunktlinien
angedeutet.
-
2 zeigt
eine schematische Querschnittsansicht einer Blechformungsvorrichtung 8 gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Die Ansicht in 2 zeigt
die Vorrichtung 8 in einer Anfangsposition, in der ein
zu formender Blechzuschnitt 10 zwischen einem ersten Hauptformungskörper 12 und
eine zweiten Hauptformungskörper 14 eingelegt
wurde. Im weitesten Sinn ist wenigstens einer der Hauptformungskörper 12, 14 auf eine
bekannte Weise mittels (nicht gezeigter) hydraulischer oder luftbetätigter Aktoren
zu dem anderen Hauptformungskörper
beweglich angeordnet, um den dazwischen befindlichen Blechzuschnitt 10 in eine
gewünschte
Form auszubilden. In der gezeigten beispielhaften Ausführungsform
ist jedoch der erste Hauptformungskörper 12 ein stationärer Stempel
und der zweite Hauptformungskörper 14 ist
ein beweglicher Oberstempel, der direkt über dem Stempel angeordnet
ist. In diesem Fall ist folglich die Formungsbewegung vertikal,
was im Allgemeinen wegen des Gewichts und der Größe der Formungsvorrichtung 8 die
häufigste
Anordnung ist. In der Fahrzeugindustrie ist der üblichste Werkstoff für Fahrzeugkörperelemente
nach wie vor Stahlblech, selbstverständlich können jedoch andere Metalle
wie etwa Aluminium alternativ als Blechzuschnitt 10 verwendet
werden. Die Dicke des Blechzuschnitts 10 ist vorzugsweise gleichmäßig und
liegt abhängig
von der Anwendung üblicherweise
im Bereich zwischen 0,5 und 1,5 mm.
-
Ein
Fachmann auf dem Gebiet erkennt, dass die gezeigte Ausrichtung und
Beschriftung von Bestandteilen wie etwa beispielsweise des ersten Hauptformungskörpers 12 und
des zweiten Hauptformungskörpers 14 hier
nicht einschränkend
verwendet worden sind. Alternativ kann folglich – soweit es angemessen ist – der erste
Hauptformungskörper 12 als
ein unterer Stempel bezeichnet werden, während der zweite Hauptformungskörper 14 als
ein Oberstempel bezeichnet werden kann.
-
Der
Blechzuschnitt 10 wird auf bekannte Weise während der
Formung mittels eines Zuschnitthalteelements 16, das zurückgezogen
werden kann, nachdem die Formung des Blechzuschnitts 10 abgeschlossen
ist, an seinem Platz gehalten. Da es sich dabei um ein gängiges Merkmal
handelt, wird es hier nicht ausführlicher
besprochen.
-
Gemäß der Erfindung
ist ein getrenntes, bewegliches Unterformungselement 16 in
dem ersten Hauptformungskörper 12 bei
einer Position vorgesehen, die der lokalen Vertiefung 4 entspricht.
In 2–4 bildet
die lokale Vertiefung 4 eine Türgriffvertiefung in einem Fahrzeugtürelement 1,
wie das, das in 1 gezeigt ist. Es wird angemerkt, dass
die Vorrichtung und das Verfahren für eine Anwendung bei so genannten
oberflächenkritischen
Bereichen wie etwa (in diesem Fall) bei Fahrzeugkörperelementen
oder bei Oberflächen
an anderen Produkten, bei denen hohe Anforderungen an eine gleichmäßig bearbeitete
Oberfläche
bestehen, besonders geeignet sind.
-
Zum
Ausbilden der lokalen Vertiefung 4 wird eine Formungsaussparung 20 in
dem zweiten Hauptformungskörper 14 (d.
h. in diesem Fall in dem Oberstempel) ausgebildet, wobei die Aussparung 20 so beschaffen
ist, dass sie mit einem entsprechenden Vorsprung 22 in
einer Formungsoberfläche 24 an dem
beweglichen Unterformungselement 18 in Eingriff gelangen
kann.
-
Das
Unterformungselement 18 ist zwischen einer vorstehenden
Position, wie sie in 2 und 3 gezeigt
ist, und einer zurückgezogenen
Position, wie sie in 4 gezeigt ist, beweglich angeordnet.
Die Bedeutung dieser zwei Positionen wird nachfolgend erklärt.
-
In
der vorstehenden Position steht die Formungsoberfläche 24 an
dem Unterformungselement 18 in Bezug auf eine umgebende
Formungsoberfläche 26 des
ersten Hauptformungskörpers 12 vor,
d. h. in 2 nach oben.
-
In
der zurückgezogenen
Position ist die Formungsoberfläche 24 an
dem Unterformungselement 18 mit der umgebenden Formungsoberfläche 26 bündig.
-
Ein
weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, dass das Unterformungselement 18 mittels
eines Federelements 28 in seine vorstehende Position vorbelastet
ist. Das Federelement wird nachfolgend weiter beschrieben.
-
In
einer ersten Phase gemäß der Erfindung wird
die Formung der lokalen Vertiefung 4 abgeschlossen – d. h.
vollständig
geformt –,
bevor der zweite Hauptformungskörper 14 eine
endgültige
Anschlagposition erreicht und bevor das Unterformungselement 18 seine
zurückgezogene
Position erreicht. In einer zweiten Phase wird hierauf der Blechzuschnitt 10 aufgrund
der fortgesetzten Bewegung des Unterformungselements 18 innerhalb
des Umfangsbereichs 6 radial nach außen um die lokale Vertiefung 4 gedehnt,
unmittelbar bevor der zweite Hauptformungskörper 14 seine endgültige Anschlagposition
erreicht und bevor das Unterformungselement 18 seine zurückgezogene
Position erreicht. Der Begriff "unmittelbar" entspricht hier – in etwa – den letzten
wenigen Millimetern der Abwärtsbewegung des
Unterformungselements 18.
-
Das
Blechformungsverfahren zur Verwendung mit der zuvor beschriebenen
Vorrichtung 8 umfasst folglich:
- – eine erste
Phase, in der die lokale Vertiefung 4 zwischen dem zweiten
Hauptformungskörper 14 und
dem getrennten Unterformungselement 18 geformt wird, und
- – eine
zweite Phase, in der der Blechzuschnitt 10 aufgrund der
fortgesetzten Bewegung des Unterformungselements 18 innerhalb
des Umfangsbereichs 6 radial nach außen um die lokale Vertiefung 4 gedehnt
wird, unmittelbar bevor der zweite Hauptformungskörper 14 eine
endgültige
Anschlagposition erreicht und bevor das Unterformungselement 18 seine
zurückgezogene
Position erreicht.
-
In 3 wurde
die Formung der lokalen Vertiefung 4 gerade abgeschlossen – wodurch
folglich das Ende der ersten Phase gekennzeichnet ist – wodurch
das Unterformungselement 18 beginnt, sich abwärts zu bewegen,
während
das Federelement 28 – gedrängt durch
den zweiten Hauptformungskörper 14 – zusammengedrückt wird.
-
In 4 hat
der zweite Hauptformungskörper 14 seine
endgültige
Anschlagposition erreicht und das Unterformungselement 18 hat
seine zurückgezogene
Position erreicht, in der das Federelement 28 nun vollständig zusammengedrückt ist.
Folglich ist die zweite Phase, die auch als eine Dehnungsphase bezeichnet
werden kann, nun abgeschlossen. Der Blechzuschnitt 10 ist
innerhalb des Umfangsbereichs 6 – wie es zuvor beschrieben
wurde – radial
nach außen
um die lokale Vertiefung 4 gedehnt, was eine gleichmäßigere Spannung
um die lokale Vertiefung 4 im Vergleich zu Formungsvorrichtungen
des Standes der Technik zur Folge hat. Diese gleichmäßige Spannung
verhindert die unerwünschte
Bildung von Oberflächendefekten 2 während eines
Zurückspringens
in den Umfangsbereich 6 um die lokale Vertiefung 4 in dem
größeren Formungsbereich 1 (in
diesem Fall dem Fahrzeugtürelement,
wie es in 1 veranschaulicht ist).
-
Entsprechend
ist die Formung der lokalen Vertiefung 4 abgeschlossen,
wenn sich der zweite Hauptformungskörper 14 in einem Abstand
von nicht mehr als 10 mm von seiner endgültigen Anschlagposition befindet.
Erfolgreiche Tests wurden bei Abständen durchgeführt, die
im Bereich von 1 bis 10 mm lagen. Stärker bevorzugt überschreitet
der Abstand nicht 4 mm von seiner endgültigen Anschlagposition. Bei
einer vorteilhaften Ausführungsform
bei der gezeigten Türgriffvertiefungsanwendung
liegt dieser Abstand vorzugsweise sehr nahe bei 3 mm.
-
Bei
der gezeigten Ausführungsform
ist das Federelement 28 eine an sich bekannte Gasfederbaueinheit.
Es wird jedoch angemerkt, dass das Federelement 28 alternativ
eine Schraubenfederbaueinheit oder eine Baueinheit sein kann, die
ein (nicht gezeigtes) elastisch zusammendrückbares Kissenelement enthält. Das
Federelement 28 umfasst ein Zylindergehäuse 30 und einen Kolben 32,
wobei der Kolben für
eine Bewegung in die axiale Richtung desselben, d. h. vertikal in
den gezeigten beispielhaften 2–4 in
dem Zylindergehäuse 30 angeordnet ist.
Das Zylindergehäuse 30 ist
an dem ersten Hauptformungskörper 12 befestigt,
wobei ein entferntes Ende 34 des Kolbens an einer Rückfläche 36 des
Unterformungselements 18 befestigt ist. Vorzugsweise ist
das Federelement 28 steuerbar, so dass das Unterformungselement 18 während eines
Auswerfens eines fertig gestellten Blechteils in seiner zurückgezogenen
Position bleiben kann (wie es in 4 gezeigt
ist). Dies wird erreicht, indem der Kolben 32 in einer
Bodenposition verriegelt und der Rückschlag des Kolbens 32 gesteuert
wird. Das Federelement 28 wird durch eine Steuerventileinheit 44 gesteuert,
die über
Gas- und Luftsteuerleitungen 46 mit dem Zylindergehäuse 30 verbunden
ist. Die Steuerventileinheit 44 ist ferner über Gas-
und Luftzufuhrleitungen 48 mit (nicht gezeigten) Quellen
von mit Druck beaufschlagter Luft und Gas verbunden. Zur Vereinfachung
sind die Steuerventileinheit 44, die Gas- und Luftsteuerleitungen 46 und
die Gas- und Luftzufuhrleitungen 48 in 2-4 vereinfacht
und lediglich schematisch gezeichnet.
-
Bei
einer Ausführungsform
der Erfindung belastet das Federelement 28 das Unterformungselement 18 mit
einer Kraft vor (in 2-4 aufwärts gerichtet),
die ausreichend ist, um das Unterformungselement 18 während der
ersten Phase, bis die Formung der lokalen Vertiefung 4 abgeschlossen
ist, in einer festen axialen Position zu halten, und die hierauf
durch den zweiten Hauptformungskörper 14 überwunden
wird, wodurch folglich eine fortgesetzte Bewegung in der zweiten
Phase begonnen wird, wenn der Dehnvorgang stattfindet. Bei einer
alternativen Ausführungsform
ist die Vorbelastungskraft etwas geringer, um so eine fortgesetzte
Abwärtsbewegung
des Unterformungselements 18 auch während der ersten Phase, d.
h. während
der Formung der lokalen Vertiefung 4 zu ermöglichen.
-
Wiederum
in 2 ist das Unterformungselement 18 innerhalb
einer Bohrung 38 in dem ersten Hauptformungskörper 12 axial
beweglich. Bei der gezeigten Ausführungsform kann die Strecke
D des Vorsprungs des Unterformungselements 18 in seiner vorstehenden
Position mittels eines austauschbaren ringförmigen Abstandshalterelements 40,
das zwischen dem ersten Hauptformungskörper 12 und einem
an dem Unterformungselement 18 vorgesehenen Anschlagflansch 42 sitzt,
eingestellt werden. Das Abstandshalterelement 40 ist vorzugsweise
aus Stahl hergestellt, es kann jedoch auch aus anderen geeigneten
Werkstoffen hergestellt sein. Mit dem Begriff "Strecke des Vorsprungs" D ist die Strecke
zwischen der Formungsoberfläche
an dem Unterformungselement 18 und der umgebenden Formungsoberfläche 26 des
ersten Hauptformungskörpers 12 in die
axiale Richtung des Unterformungselements 18 gemeint. Wenn
die Vorbelastungskraft so eingestellt ist, dass sie eine fortgesetzte
Abwärtsbewegung
des Unterformungselements 18 auch während der ersten Phase, d.
h. während
der Formung der lokalen Vertiefung 4 ermöglicht,
weist das Unterformungselement 18 entsprechend eine anfängliche
Strecke des Vorsprungs auf, die für eine ausreichende axiale
Bewegung sowohl für die
erste Phase als auch für
die zweite Phase des Vorgangs angepasst ist.
-
Schließlich ist
es selbstverständlich,
dass die Erfindung keinesfalls auf die zuvor beschriebenen Ausführungsformen
beschränkt
ist und innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche frei abgeändert werden
kann.
-
Beispielsweise
kann der erste Hauptformungskörper
mit mehreren getrennten Unterformungselementen 18 in Verbindung
mit entsprechenden lokalen Vertiefungen 4 in einem großen Formungsbereich 1 versehen
sein.
-
- 1
- Fahrzeugtürelement
(oder größerer Formungsbereich)
- 2
- Oberflächendefekte
(als Ergebnis von Verfahren des Standes der Technik)
- 4
- Lokale
Vertiefungen (z. B. Türgriffvertiefung)
- 6
- Umfangsbereich
um eine lokale Vertiefung
- 8
- Blechformungsvorrichtung
- 10
- Blechzuschnitt
- 12
- Erster
Hauptformungskörper
- 14
- Zweiter
Hauptformungskörper
- 16
- Zuschnitthalteelement
- 18
- Unterformungselement
- 20
- Aussparung
im zweiten Hauptformungselement
- 22
- Vorsprung
am Unterformungselement
- 24
- Formungsoberfläche am Unterformungselement
- 26
- Umgebende
Formungsoberfläche
am ersten Formungselement
- 28
- Federelement
- 30
- Kolben
- 32
- Zylindergehäuse
- 34
- Entferntes
Ende des Kolbens
- 36
- Rückfläche eines
Unterformungselements
- 38
- Bohrung
für ein
Unterformungselement
- 40
- Abstandhalterelement
- 42
- Anschlagflansch
- 44
- Steuerventileinheit
- 46
- Gas-
und Luftsteuerleitungen
- 48
- Gas-
und Luftzufuhrleitungen
- D
- Strecke
des Vorsprungs für
das Unterformungselement