EP0956912B1 - Werkzeug zur Herstellung strukturierter Bleche - Google Patents

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EP0956912B1
EP0956912B1 EP99109493A EP99109493A EP0956912B1 EP 0956912 B1 EP0956912 B1 EP 0956912B1 EP 99109493 A EP99109493 A EP 99109493A EP 99109493 A EP99109493 A EP 99109493A EP 0956912 B1 EP0956912 B1 EP 0956912B1
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sheet
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frame
tool
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EP99109493A
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English (en)
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EP0956912A1 (de
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Alvaro Dr. Casajus
Hans-Jörg Dr. Hartmann
Matthias Prof. Dr. Kleiner
Bernd Schmolke
Jörg Dr. Rauer
Klaus Wenzel
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ArcelorMittal Eisenhuettenstadt GmbH
Original Assignee
Eko Stahl GmbH
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D49/00—Sheathing or stiffening objects
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D13/00—Corrugating sheet metal, rods or profiles; Bending sheet metal, rods or profiles into wave form
    • B21D13/10—Corrugating sheet metal, rods or profiles; Bending sheet metal, rods or profiles into wave form into a peculiar profiling shape
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D22/00—Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
    • B21D22/02—Stamping using rigid devices or tools
    • B21D22/04—Stamping using rigid devices or tools for dimpling

Definitions

  • the invention relates to a tool for producing structured thin sheets with improved dimensional stability.
  • structured sheets are used in many areas of technology in order to meet the requirements of the respective area of use with regard to its dimensional stability.
  • Components of this type are produced using suitable devices or tools in continuous or discontinuous operation.
  • a tool according to the preamble of claim 1 known that consists of a dimensionally stable plate and individual circular drawing parts fastened thereon.
  • a perforating tool with circular passages is assigned to this support plate with the drawn parts firmly connected to it, between which the deformation of the board takes place to form a support plate with dome-shaped projections.
  • this tool is not very flexible when changing the structure of the support profile.
  • Simple, area-like components such as facade elements, heat exchangers or the like. are preferably made from strip-shaped primary material.
  • Complicated components such as those used in the automotive industry for the manufacture of vehicle bodies, are manufactured using correspondingly complex shaping tools. Such tools are very expensive.
  • a device for producing arch-structured material webs, in which the strip-shaped primary material is structured using a structured roller and a roller body coated with an elastomer.
  • the recycling of such structured material is only advantageous for selected areas of application.
  • additional measures are required to prepare the sheet metal parts to be connected in the joining area.
  • the use of laser welding systems to connect such structured material requires a particularly careful preparation of the parts to be connected due to the necessary small tolerances in the weld area.
  • the object of the invention is to find a tool for structuring thin metal sheets, with which the production of three-dimensional flat metal sheets with improved dimensional stability in straightening quality is possible and which is characterized by a high flexibility with regard to the structure to be produced and the size of the surface to be structured.
  • the tool according to the invention consists of a dimensionally stable, flat plate 1, on which individual geometrical bodies 2 of the same type are arranged in an ordered form.
  • the geometric bodies 2 are steel balls of the same size, 4 rollers, rollers, truncated pyramids or truncated cones being usable depending on the desired structure of a sheet.
  • Their number is dimensioned such that they fix themselves in their position on the plate 1 within a frame 3.
  • the frame 3 can be adjusted to the side length resulting from the respective number and size of the bodies 2.
  • strips 8 are preferably arranged on the inner sides of the frame 3, which serve to support the fixation of the body 2 on the plate 1 and to improve the structure formation in the transition region from the flat sheet metal to the structured sheet metal and are designed accordingly .
  • the strips 8 are expediently attached to the frame 3 such that they can be displaced in the vertical direction with the movement of the plate 1 supported on a die cushion 10 in the direction of the sheet 4 to be structured.
  • the geometrical bodies 2 used in their entirety result in the negative shape for a sheet 4 to be structured.
  • the size and shape of the individual bodies 2 are determined on the basis of the structure to be achieved in the sheet metal 4.
  • a structured sheet 4 produced by means of the steel balls is shown in FIG. 3.
  • the dimensional stability of a sheet 4 can be improved by introducing further structural elements into the sheet 4.
  • a further layer of smaller balls is embedded in a first shape formed by balls.
  • the shape obtained in this way consisting of two layers of bodies 2, forms the negative shape.
  • the position of the smaller balls on the plate 1 due to the arrangement of the layer of larger balls results from the depression formed by three or four adjacent larger ball bodies.
  • the diameter of the small balls is dimensioned such that their upper vertex lies in one plane with the upper vertex of the larger balls.
  • This configuration of a negative shape ensures that the axes of symmetry resulting from the symmetrical arrangement of the structuring bodies 2 are also structured, whereby a further improvement in the rigidity of the sheet 4 is achieved.
  • the plate 1 is designed with its outer dimensions so that it is movable in the frame 3 in the vertical direction.
  • the frame 3 is attached to a press table 7.
  • the negative form is assigned means for pressurizing, which can be designed differently.
  • a stamp 6 coated with an elastomer 5 is used to structure the sheet 4.
  • the layer thickness and the elasticity of the elastomer 5 used is determined by the sheet thickness and the structuring to be achieved.
  • the sheet 4 is supported on the frame 3 and is firmly clamped to the frame 3 by the punch 6 during the structuring process.
  • the vertical movement of the die cushion 10 with the plate 1 presses the negative form formed by the individual geometric bodies 2 together with the strips 8 which may be used against the plate 4, the predetermined structuring of the plate 4 taking place.
  • the structuring is carried out by pressurizing the sheet 4 in a first stage by means of a gaseous or liquid active medium, which is pressed via appropriate feeds 9 into the space between the punch 6 with the elastomer layer 5 and sheet 4 and initially to a uniform one Expansion of the sheet 4 to be structured leads.
  • the subsequent formation of the structure of the sheet 4 then takes place, as in the previous example, using the stamp 6 coated with an elastomer 5.
  • This configuration of the pressurization enables the desired structure to be better characterized.
  • FIG. 7 Another possibility of pressurization is shown in FIG. 7.
  • the structuring takes place by means of a negative shape and a positive shape configured accordingly, the positive shape being built up from the same geometric bodies 2.
  • the geometric bodies 2 used are held in their horizontal position by appropriate means.
  • This configuration of the pressure medium application can preferably be used for structuring higher sheet thicknesses.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Shaping Metal By Deep-Drawing, Or The Like (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zur Herstellung strukturierter dünner Bleche mit verbesserter Formsteifigkeit.
  • Zur Verminderung des Gewichtes und zur Reduzierung des Materialeinsatzes werden in vielen Bereichen der Technik strukturierte Bleche eingesetzt, um den Anforderungen des jeweiligen Einsatzgebietes bezüglich seiner Formsteifigkeit zu entsprechen.
    Die Herstellung derartiger Bauteile erfolgt dabei durch geeignete Vorrichtungen bzw. Werkzeuge im kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Betrieb. Zur Herstellung von Tragplatten im diskontinuierlichen Betrieb ist z. B. gemäß GB-A-2 050 904 ein Werkzeug nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 bekannt, dass aus einer formstabilen Platte und einzelnen darauf befestigten kreisförmigen Ziehteilen besteht. Dieser Tragplatte mit den fest mit ihr verbundenen Ziehteilen ist ein Lochwerkzeug mit kreisförmigen Durchgängen zugeordnet zwischen denen die Verformung der Platine zu einer Tragplatte mit kuppelförmigen Vorsprüngen erfolgt. Dieses Werkzeug weist jedoch keine hohe Flexibilität bei einer Umstellung der Struktur des Tragprofils auf. Darüber hinaus ist immer ein neues Lochwerkzeug für jedes geänderte Profil. erforderlich.
    Einfache, flächenartig ausgebildete Bauteile, wie z.B. Fassadenelemente, Wärmetauscher odgl. werden vorzugsweise aus bandförmigen Vormaterial gefertigt. Komplizierte Bauteile, wie sie z.B. in der Automobilindustrie bei der Fertigung von Fahrzeugkarosserien zum Einsatz kommen werden dabei unter Verwendung entsprechend aufwendiger Formgebungswerkzeuge hergestellt. Derartige Werkzeuge sind sehr kostenintensiv.
  • Zur Herstellung von wölbstrukturierten Materielbahnen ist gemäß DE 44 37 986 eine Vorrichtung bekannt, bei der bandförmiges Vormaterial unter Verwendung einer strukturierten Walze und eines mit einem Elastomer beschichteten Walzenkörpers strukturiert wird. Die Verwertung eines solchen strukturierten Materials ist jedoch nur für ausgewählte Einsatzgebiete vorteilhaft. Für die Fertigung von Bauteilen bei denen die strukturierten Seiten durch Schweißen oder ein ähnliches Fügeverfahren miteinander verbunden werden müssen, sind zusätzliche Maßnahmen zur Vorbereitung der miteinander zu verbindenden Blechteile im Fügebereich notwendig. Der Einsatz von Laserschweißanlagen zum Verbinden derartig strukturierten Vormaterials erfordert auf Grund der notwendigen geringen Toleranzen im Schweißnahtbereich eine besonders sorgfältige Vorbereitung der miteinander zu verbindenden Teile.
    Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß verfahrensbedingt während des Strukturierungsvorganges das Blech über eine Walze gekrümmt wird und diese Krümmung durch eine nachgeordnete Richteinheit beseitigt werden muß, um ein qualitätsgerechtes ebenes Blech zu erhalten. Durch diese nachträgliche Rückbiegung geht ein Teil der Steifigkeit des strukturierten Bleches wieder verloren.
    Die Flexibilität bezüglich der Herstellung unterschiedlicher Breiten ist regelmäßig mit einem Einsatz einer anderen Strukturwalze verbunden, die in ihrer Anschaffung kostenintensiv ist und entsprechend der Anzahl der benötigten Strukturen und Abmessungen einen ausreichenden Lagerbestand erfordert.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Werkzeug zur Strukturierung dünner Bleche zu finden, mit dem die Herstellung dreidimensionaler ebener Bleche mit verbesserter Formsteifigkeit in Richtqualität möglich ist und das sich durch eine hohe Flexibilität bezüglich der zu erzeugenden Struktur und der Größe der zu strukturierenden Fläche auszeichnet.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Mit der Anwendung des erfindungsgemäßen Werkzeuges ist die Herstellung strukturierter Bleche mit einer verbesserten Formsteifigkeit und Ebenheit möglich, da ein nachfolgendes Richten der mit diesem Werkzeug hergestellten Bleche nicht erforderlich ist. Weiterhin sind keine zusätzlichen Maßnahmen zur Vorbereitung der Blechkanten zum Verbinden von strukturierten Blechen erforderlich, da der Fügebereich eines Bleches von der Verformung ausgenommen ist. Durch die Verwendung von einzelnen geometrischen Körpern ist eine hohe Flexibilität bezüglich der herzustellenden Struktur und der zu strukturierenden Fläche gegeben, da die zu strukturierende Fläche eines Bleches oder eines zu strukturierenden Bauteiles aus Blech auf einfache Weise durch die Wahl der Anzahl, Größe und Form der eingesetzten geometrischen Körper sowie des Rahmens mit Platte variiert werden kann.
  • Das erfindungsgemäße Werkzeug soll nachfolgend an drei Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In den dazugehörenden Zeichnungen zeigen:
    • Fig. 1 :
    Draufsicht der Negativform
    Fig. 2 :
    Seitenansicht der Negativform
    Fig. 3 :
    Ansicht eines strukturierten Bleches
    Fig. 4a :
    Draufsicht der Negativform mit Leisten und einer eingelagerten 2. Kugelschicht
    Fig. 4b :
    Seitenansicht der Negativform mit einer eingelagerten 2. Kugelschicht
    Fig. 5 :
    Seitenansicht des Werkzeuges mit Druckbeaufschlagung durch eine Elastomerschicht
    Fig. 6 :
    Seitenansicht des Werkzeuges mit Druckbeaufschlagung durch eine Elastomerschicht und ein gasförmiges oder flüssiges Medium
    Fig. 7 :
    Seitenansicht des Werkzeuges mit Druckbeaufschlagung durch eine Positivform
  • Das erfindungsgemäße Werkzeug besteht aus einer formstabilen ebenen Platte 1, auf der in geordneter Form einzelne gleichartige geometrische Körper 2 angeordnet sind. Die geometrischen Körper 2 sind gemäß Fig. 1 Stahlkugeln gleicher Größe, wobei in Abhängigkeit von der angestrebten Struktur eines Bleches 4 Rollen, Walzen, Pyramidenstümpfe oder Kegelstümpfe verwendbar sind. Ihre Anzahl ist so bemessen, daß sie sich innerhalb eines Rahmens 3 in ihrer Lage auf der Platte 1 selbst fixieren. Dazu ist der Rahmen 3 auf die sich aus der jeweiligen Anzahl und Größe der Körper 2 sich ergebende Seitenlänge einstellbar.
    An den Innenseiten des Rahmens 3 sind in Abhängigkeit von der Größe der verwendeten Körper 2 vorzugsweise Leisten 8 angeordnet, die zur Unterstützung der Fixierung der Körper 2 auf der Platte 1 sowie Verbesserung der Strukturausbildung im Übergangsbereich vom ebenen Blech zum strukturierten Blech dienen und entsprechend ausgebildet sind. Die Leisten 8 sind dabei zweckmäßigerweise so am Rahmen 3 befestigt, daß diese in vertikaler Richtung mit der Bewegung der auf einem Ziehkissen 10 lagernden Platte 1 in Richtung des zu strukturierenden Bleches 4 verschiebbar sind.
    Die verwendeten geometrischen Körper 2 ergeben in ihrer Gesamtheit die Negativform für ein zu strukturierendes Blech 4.
    Ausgehend von der zu erzielenden Struktur im Blech 4 wird die Größe und die Form der einzelnen Körper 2 festgelegt. Eine mittels der Stahlkugeln hergestelltes strukturiertes Blech 4 ist in Fig. 3 dargestellt.
    Die Formsteifigkeit eines Bleches 4 kann durch das Einbringen weiterer Strukturelemente in das Blech 4 verbessert werden. Dazu ist in eine durch Kugeln gebildeten ersten Form eine weitere Schicht kleinerer Kugeln eingelagert. Die so erhaltene, aus zwei Schichten von Körpern 2 bestehende Form bildet die Negativform. Die Lage der kleineren Kugeln auf der durch der Anordnung der Schicht größerer Kugeln auf der Platte 1 ergibt sich aus den durch drei bzw. vier benachbarte größere Kugelkörper gebildeten Vertiefung.
    Der Durchmesser der kleinen Kugeln ist dabei so bemessen, daß ihr oberer Scheitelpunkt mit dem oberen Scheitelpunkt der größeren Kugeln in einer Ebene liegt. Durch diese Ausgestaltung einer Negativform wird erreicht, daß die durch die symmetrische Anordnung der Strukturierungskörper 2 entstehenden Symmetrieachsen ebenfalls strulcturiert werden, wodurch eine weitere Verbesserung der Steifigkeit des Bleches 4 erreicht wird.
    Die Platte 1 ist mit seinen äußeren Abmessungen so ausgebildet, daß diese im Rahmen 3 in vertikaler Richtung beweglich ist. Der Rahmen 3 ist auf einem Pressentisch 7 befestigt.
  • Der Negativform sind Mittel zur Druckbeaufschlagung zugeordnet, die unterschiedlich ausgebildet sein können. Gemäß Fig. 5 wird zur Strukturierung des Bleches 4 ein mit einem Elastomer 5 beschichteter Stempel 6 verwendet.
    Die Schichtstärke und die Elastizität des verwendeten Elastomers 5 wird dabei von der Blechdicke und der zu erreichenden Strukturierung bestimmt. Das Blech 4 lagert auf dem Rahmen 3 und wird während des Strukturierungsvorganges vom Stempel 6 fest mit dem Rahmen 3 verspannt. Durch die vertikale Bewegung des Ziehkissens 10 mit Platte 1 wird die durch die einzelnen geometrischen Körper 2 gebildete Negativform zusammen mit den gegebenenfalls verwendeten Leisten 8 gegen das Blech 4 gepreßt, wobei die vorgegebene Strukturierung des Bleches 4 erfolgt. Gemäß Fig. 6 erfolgt die Strukturierung durch eine Druckbeaufschlagung des Bleches 4 in einer 1. Stufe durch ein gasförmiges oder flüssiges Wirkmedium, welches über entsprechende Zuführungen 9 in den zwischen Stempel 6 mit Elastomerschicht 5 und Blech 4 befindlichen Zwischenraum gepreßt wird und zunächst zu einer gleichmäßigen Dehnung des zu strukturierenden Bleches 4 führt. Die nachfolgende Ausbildung der Struktur des Bleches 4 erfolgt danach wie im vorhergehenden Beispiel unter Einsatz des mit einem Elastomer 5 beschichteten Stempels 6. Diese Ausgestaltung der Druckbeaufschlagung ermöglicht eine bessere Ausprägung der angestrebten Struktur.
  • Eine weitere Möglichkeit der Druckbeaufschlagung ist in Fig. 7 dargestellt. Gemäß dieser Ausführung erfolgt die Strukturierung durch eine Negativform und eine dazu entsprechend ausgestaltete Positivform, wobei sich die Positivform aus den gleichen geometrischen Körpern 2 aufbaut. Die verwendeten geometrischen Körper 2 werden dabei durch entsprechende Mittel in ihrer horizontalen Lage gehalten.
    Diese Ausgestaltung der Druckmittelbeaufschlagung ist vorzugsweise für die Strukturierung höherer Blechdicken einsetzbar.

Claims (9)

  1. Werkzeug zur Herstellung strukturierter dünner Bleche mit verbesserter Formsteifigkeit bestehend aus einer formstabilen ebenen Platte (1) auf der einzelne gleichartige geometrische Körper (2) in geordneter Form innerhalb eines Rahmens (3) angeordnet sind, welche in ihrer Gesamtheit die Negativform für ein zu verformendes Blech (4) bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der geometrischen Körper (2) im Rahmen (3) so bemessen ist, dass diese sich in ihrer Lage auf der Platte (1) selbst fixieren und innerhalb des Rahmens (3) in vertikaler Richtung beweglich sind und dieser so ausgebildeten Negativform Mittel zur Druckbeaufschlagung zugeordnet sind.
  2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als geometrische Körper (2) Kugeln, Rollen, Walzen, Pyramiden- oder Kegelstümpfe verwendet werden.
  3. Werkzeug nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (3) in Abhängigkeit von der Größe der zu strukturierenden Fläche verstellbar ist.
  4. Werkzeug nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckbeaufschlagung des zu verformenden Bleches (4) durch ein mit einem Elastomer (5) beschichteten Stempel (6) erfolgt.
  5. Werkzeug nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckbeaufschlagung des zu verformenden Bleches (4) durch ein gasförmiges oder flüssiges Medium erfolgt.
  6. Werkzeug nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckbeaufschlagung des zu verformenden Bleches (4) durch Kombination der Merkmale gemäß der Ansprüche 4 und 5 erfolgt.
  7. Werkzeug nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckbeaufschlagung des zu verformenden Bleches(4) durch eine an einem Stempel (6) befestigten Positivform erfolgt.
  8. Werkzeug nach den Ansprüchen 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Positivform angeordneten geometrischen Körper (2) selbstzentrierend befestigt sind.
  9. Werkzeug nach dem Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass an den Innenseiten des Rahmens (3) vorzugsweise auswechselbare Leisten (8) befestigt sind.
EP99109493A 1998-05-14 1999-05-12 Werkzeug zur Herstellung strukturierter Bleche Expired - Lifetime EP0956912B1 (de)

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