WO1998046381A1

WO1998046381A1 - Fluid-umformpresse

Info

Publication number: WO1998046381A1
Application number: PCT/EP1998/001908
Authority: WO
Inventors: Rolf Haberstock
Original assignee: Rolf Haberstock
Priority date: 1997-04-11
Filing date: 1998-04-02
Publication date: 1998-10-22

Abstract

Damit bei einem Verfahren zur Umformung eines Blech-Zuschnittes zu einem Blechteil in einer Werkzeugform, die eine erste und eine zweite Formhälfte aufweist, zwischen denen eine Membrane anordenbar ist, und bei dem ein Blech-Zuschnitt in eine der beiden Formhälften einlegbar und die Werkzeugform schliessbar ist, so dass sich in der Werkzeugform zwei Kavitäten ausbilden, wobei der Blech-Zuschnitt sich in der ersten Kavität befindet, in die zweite Kavität ein Druckmedium einleitbar ist, so dass sich zumindest ein Teilbereich des Blech-Zuschnittes zusammen mit der Membrane in Richtung einer Formfläche der ersten Formhälfte bewegt und sich dadurch das Volumen der ersten Kavität verkleinert, das Blechteil nach einer Reduzierung des Druckes in der zweiten Kavität entformbar ist, es insbesondere möglich wird, in einem Blechteil grössere Zonen mit einer plastischen Verformung zu erzeugen, wird vorgeschlagen, dass auch in die erste Kavität (11) ein Druckmedium einleitbar ist, wodurch zumindest ein Teilbereich des Blech-Zuschnittes (10) hin zu einer Andruckfläche (30) der zweiten Formhälfte (5, 5') gedrückt wird, um in dem Blech-Zuschnitt (10) eine plastische Vorverformung zu erzeugen, und dass vor der Entformung des Blechteils (10) auch der Druck in der ersten Kavität (11) reduzierbar ist.

Description

Fluid-Umformpresse

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines konturierten Blechteils mit einer Werkzeugform, die eine erste und eine zweite Formhälfte aufweist und eine der beiden Formhälften mit einer Membrane versehen ist, bei dem ein Blech-Zuschnitt in eine der beiden Formhälften eingelegt und die Werkzeugform geschlossen wird, wodurch sich in der Werkzeugform zwei Kavitäten ausbilden, wobei das Blechteil in der ersten Kavität angeordnet ist, in die zweite Kavität ein Druckmedium eingeleitet wird, so dass sich das Blechteil zusammen mit der Membran in Richtung einer Formfläche der ersten Formhälfte bewegt und sich dadurch das Volumen der ersten Kavität verkleinert, der Druck in der zweiten Kavität reduziert und das Blechteil entformt wird. Ausserdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Umformung eines Blechteils, wie sie im Oberbegriff von Anspruch 5 beschrieben ist.

Bei vielen Produkten sind konturierte Blechteile vorgesehen, die aus flachen Blechtafeln hergestellt werden müssen. Solche Teile sind beispielsweise Karosserieteile von Kraftfahrzeugen oder Teile der Aussenhaut eines Flugzeuges. In der industriellen Produktion sind bereits einige Umformverfahren bekannt, mit denen derartige Blechteile hergestellt werden können. So wird beispielsweise beim konventionellen Tiefziehverfahren das umzuformende Blechstück an seinem Randbereich zwischen einer Matrize und einem Niederhalter eingeklemmt. Mit einem Stempel des Umformwerkzeuges wird der nicht eingeklemmte Teil des Blechstückes in die Matrize gezogen. Durch eine entsprechende Konturierung der Matrize und des Stempels kann dem Blechstück die gewünschte Form

-gegeben werden. Dieses Verfahren hat jedoch mehrere- Nach- teile. So sind die für den Ziehprozess kritischen Bereiche, wie Eckenradius des Stempels und der Matrize, bereits beim Start des Umformprozesses im Einsatz. Insbesondere in diesen Bereichen nimmt deshalb die Blechdicke des Blechteils wäh- rend des Umformvorgangs systembedingt stark ab. Andererseits findet im Flanschbereich (eingespannte Fläche zwischen Matrizenoberfläche und dem Blechhalter) durch das Nach- fliessen des Materials ein Stauchen statt, wodurch hier die Materialdicke ansteigt, was sich umformhemmend auswirkt. Durch Erreichen der Umformgrenze bzw. der maximalen Dehnung entstehen dann Risse in dem Blechteil. Beide Effekte limitieren die Möglichkeiten der konstruktiven Gestaltung von Tiefziehteilen stark. Man versucht diese Nachteile dadurch zu vermeiden, indem der Tiefziehvorgang in verschiedene nacheinander durchgeführte Tiefziehstufen aufgeteilt wird, was jedoch kosten- und zeitaufwendig ist. Ebenso sind Pressen bekannt geworden, die mit einzelnen steuerbaren Faltenhalter-Zylindern versehen sind, um den störenden Einflüssen entgegenzuwirken. Dies verteuert jedoch konven- tionelle Zieh-Pressen erheblich.

Es sind auch bereits Umformverfahren bekannnt, bei denen durch ein Medium Druck auf eine Blechtafel ausgeübt wird. Bei dem unter anderem als Fluidform-Tiefziehverfahren oder auch Flexform-Verfahren bekannten Umformverfahren wird eine Blechtafel auf eine feste Werkzeughälfte eines Umformwerkzeuges einer Fluidzellpresse gelegt. Zusätzlich kann auf das Blechteil ein Rahmen gelegt werden, der das Blechteil an seinem Rand einspannt. Die feste Werkzeughälfte weist eine Kavität auf, die durch eine Formfläche begrenzt wird, welche der an der Blechtafel zu erzeugenden Kontur entspricht. Die andere Werkzeughälfte ist mit einer elastischen Membrane versehen, die eine Druckkammer dieser Werkzeughälfte

-abdichtet. Durch Einleitung eines Mediums in die Druck-kammer wird darin ein Überdruck erzeugt, wodurch sich die Membrane in Richtung der Formfläche ausdehnt. Die Membrane drückt dabei den freien, d.h. den nicht zwischen den Werkzeughälften eingespannten Bereich der Blechtafel an die Formfläche, wodurch die Blechtafel plastisch verformt wird und die Kontur der Formfläche annimmt. Dieses Verfahren ist insbesondere für die Prototypen- und Kleinserienfertigung geeignet, da mit diesem Verfahren bei relativ geringen Werkzeugkosten selbst komplizierte Konturen von Blechteilen erzeugbar sind.

Ebenso wie beim herkömmlichen Tiefziehverfahren liegt ein wesentlicher Nachteil dieses Verfahrens darin, dass bestimmte Bereiche des Tiefziehteils oftmals nicht plastisch, sondern nur elastisch verformt werden. Unter plastischer Verformung ist eine über die Elastizitätsgrenze hinausgehende Dehnung des Materials zu verstehen. Plastische Verformung findet vor allem an den Seitenwänden des Tiefziehteiles statt. Dadurch fehlt dem Blechteil an den Stellen, an denen keine bleibende Verformung durchgeführt wurde, die notwendige Festigkeit. Dies äussert sich beispielsweise bei Fahrzeugmotorhauben im Fahrbetrieb durch ein "Flattern" der Haubenmitte oder durch eine elastische Verformbarkeit des Blechteils.

Wie es sich gezeigt hat, tritt bei manchen Bearbeitungen ein überraschend hoher Verschleiss der Membrane auf, der im Einzelfall kaum vorhersehbar war. Durch den Stillstand der Maschine aufgrund einer Auswechselung einer frühzeitig verschlissenen Membrane und einer eventuellen Reinigung des Werkzeuges und der Maschine aufgrund einer geplatzten Membrane sowie der damit verbundenen Arbeits- und Ersatzteilkosten, erhöhen sich jedoch die Produktionskosten erheblich.

- Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit denen zuvor aufgezeigte Nachteile vorbekannter Umformverfahren bei Beibehaltung ihrer Vorteile vermieden werden können. Mit der Erfindung soll es insbesondere möglich sein, in einem Blechteil grössere Zonen mit einer plastischen Verformung zu erzeugen.

Die Aufgabe wird bei dem eingangs erwähnten Verfahren erfin- dungsge äss dadurch gelöst, dass auch in die erste Kavität ein Druckmedium eingeleitet wird, wodurch zumindest ein Teilbereich des Blech-Zuschnittes hin zu einer Andruckfläche der zweiten Formhälfte gedrückt wird, um in dem Blech- Zuschnitt eine plastische Vorverformung zu erzeugen, und dass vor der Entformung des Blechteils auch der Druck in der ersten Kavität reduziert wird.

Die Aufgabe wird ausserdem durch eine Vorrichtung gelöst, bei der beide Formhälften der Werkzeugform mit Mitteln zur Einleitung eines Druckmediums versehen sind, so dass in beiden Kavitäten ein Überdruck gegenüber der jeweils anderen Kavität einstellbar ist, wodurch zumindest ein Abschnitt des Blech-Zuschnittes in Richtung einer Formfläche und einer Andruckfläche der beiden Formhälften bewegbar ist. Hierbei ist es bevorzugt, wenn die Membrane an der einen Formhälfte befestigt und in der anderen Formhälfte die Formfläche ausgebildet ist.

Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ist unter einem "Blech-Zuschnitt" eine Blechtafel zu verstehen, deren äussere Abmessungen auf beliebige Weise erzeugt werden kann. Mit der Erfindung können mit Vorteil Bleche mit mindestens einem metallischen Material verarbeitet werden, deren Dicke zumindesten 0,4mm beträgt.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus • den abhängigen Ansprüchen. Es ist zwar ein weiteres Fluid-Umformverfahren, nämlich die sogenannte "Hydrostatische Umformung", bereits bekannt geworden, bei der ebenfalls eine Blechtafel zwischen zwei Werkzeughälften eingespannt wird. Da bei diesem Verfahren keine Membrane verwendet wird, trennt in der Werkzeugform die Blechtafel selbst zwei Kavitäten voneinander ab. Durch Einleitung eines Druckmediums in die eine Kavität wird die Tafel zunächst in Richtung einer Formfläche der ersten Formhälfte gedrückt und in der Blechtafel eine plastische Verformung erzeugt. Danach wird ein zweiter Umformungvorgang durchgeführt. Dazu wird in die andere Kavität ebenfalls ein Druckmedium eingeführt und die Blechtafel durch Andrücken an die Formfläche der anderen Formhälfte in ihre endgültige Form gebracht. Als Druckmedium wird üblicherweise in beiden Kavitäten Hydrauliköl oder eine Wasseremulsion verwendet. Ein wesentlicher Nachteil des Verfahrens besteht darin, dass beide Seiten des Blechteils von dem Druckmedium kontaminiert sind. Da sehr häufig zumindest eine Seite nachbehandelt - beispielsweise lackiert - wird, muss deshalb vor der Nachbe- handlung zumindest eine Seite gereinigt werden. Dieses Verfahren hat sich deshalb in der Massenproduktion von Blechteilen, wie sie beispielsweise in der Automobil- bzw. Luftfahrtindustrie durchgeführt wird, kaum durchsetzen können und erscheint auch aufgrund dieses wesentlichen Nach- teils für die Grossserienproduktion als wirtschaftlich kaum verwendbar.

Im Rahmen der Erfindung hat es sich überraschenderweise gezeigt, dass die Vorteile des Hydrostatischen Umformver- fahrens auch mit einem Fluid-Umformverfahren erzielt werden können, bei dem eine Membrane verwendet wird. Dies ist unter anderem deshalb überraschend, weil aufgrund des ungünstigen

Verschleissverhaltens solcher Membranen in Fluidform-

^'TiefZiehpressen angenommen werden musste, dass die Membranen bei alternierend zweiseitigen Druckbeaufschlagungen den Belastungen erst recht nicht standhalten. Die Erfindung kann besonders vorteilhaft im Zusammenhang mit der Umformung von Blech-Zuschnitten eingesetzt werden, bei denen ein Verstärkungsblech zur Erhöhung der Wanddicke auf- geschweisst ist. Derartige Verstärkungsbleche werden beispielsweise bei Automobilkarosserien in mechanisch stark beanspruchten Karosseriebereichen, wie zum Beispiel dem Bereich des Türschlosses, vorgesehen. Die Schweissnähte der in der Regel vor der Umformung aufgeschweissten Verstär- kungsbleche neigen jedoch dazu bei der Umformung zu reissen. Mit dem erfindungsgemässen Verfahren ist es nun möglich, den Umformprozess gezielt so zu gestalten, dass die Schweissnähte bei der Umformung nicht überbelastet werden. Zu diesem Zweck kann insbesondere die Andruckfläche der zweiten Formhälfte mit einer Kontur versehen sein, durch welche der Blech-Zuschnitt bei der (Vor-) Verformung im Bereich des Verstärkungsbleches höchstens eine geringe Auslenkung erfährt. Dadurch können vor allem Scherbelastungen in den Schweissnähten weitestgehend vermieden werden.

Bisher war es üblich, eine elastische Membrane zu verwenden, welche im unbelasteten Zustand die Form einer "ebenen Matte" aufweist. Des weiteren wurde diese Membrane an einer lediglich zur Halterung der Membrane dienenden Formhälfte angebracht, welche mit unterschiedlichsten anderen Formhälften gepaart wurde, um jeweils eine Werkzeugform auszubilden. Man hat angenommen, dass sich eine Membrane aufgrund der Elastizität des Materials auch stark voneinander abweichenden Konturen und Grossen der Formflächen problemlos anpasst und deshalb für unterschiedliche Blechteile universell verwendbar ist. Im Rahmen der Erfindung wurde nun festgestellt, dass diese Annahme gerade nicht zutrifft und Ursache für übermässigen Verschleiss und •frühzeitige Zerstörung von Membranen ist. Bei erfindungs- gemässen Umformpressen kann deshalb zweck ässigerweise vorgesehen sein, dass die Membrane an das zu erzeugende Blechteil angepasst ist. Die Anpassung kann dabei so vorgenommen werden, dass mit einer Membrane nicht nur ein bestimmtes Teil, sondern eine ganze Blechteilefamilie, d.h. aufgrund ihrer Kontur und Grosse einander ähnliche Teile, herstellbar sind. Ein weiterer Vorteil dieser Anpassung besteht darin, dass die üblicherweise zur Abdichtung der Membrane vorgesehene relativ teure Dichtlippe nur so gross sein muss, wie es für das konkrete Blechteil bzw. die Teilefamilie tatsächlich erforderlich ist.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird zumindest in der Kavität, in der ein Druckmedium direkt mit dem Blech-Zuschnitt in Kontakt kommt, ein gasförmiges Druckmedium verwendet. Dadurch muss für eine anschliessende Nach- behandlung keine Seite des Blechteils aufgrund einer Kontaminierung mit einem Druckmedium gereinigt werden.

Es ist ausserdem bevorzugt, dass die Membrane überwiegend aus einem biegeschlaffen aber hochflexiblen und stark dehn- baren Material besteht. Mit einem solchen Material, lässt sich eine besonders gute Anschmiegung der Membrane an die Kontur der Formfläche erreichen, obwohl dieses Material auch die zweiseitige Druckbeaufschlagung gut aufnehmen kann.

Ge ass weiteren Aspekten der Erfindung, die auch selbständige Bedeutung haben können, kann die Presse mehrere Werkzeugformen aufweisen, deren Bearbeitungszyklen miteinander synchronisiert sein können. Hierbei kann es zweckmässig sein, dass an einer Zwischenplatte Formhälften von zumindest zwei Werkzeugformen angeordnet sind. Dadurch sind die Schliesskräfte der beiden Werkzeugformen gegeneinander gerichtet und heben sich gegenseitig auf. Die Belastungen des Gestells der Presse sind somit bei beidseitig angeordneten Werkzeugformen gleich, wie bei einem einseitigen beaufschlagten Werkzeug, was das Preis-/Leistungsverhältnis der Presse und den Ausstoss der Presse entscheidend verbessert. Ausserdem kann bei einer erfindungsgemässen

Presse vorgesehen sein, dass eine Werkzeugform mehr als zwei

Formhälften, insbesondere drei Formhälften, aufweist, wobei jeweils mit zwei Formhälften die Werkzeugform gebildet wird. Da sich hierbei zwei, vorzugsweise identische, Formnester

(zweite Formhälften) abwechslungsweise in einer Bearbei- tungs- und einer Beschickungsendlage befinden, kann die

Zykluszeit für die Herstellung eines Blechteils reduziert werden. Mit den zuvor angegebenen Massnahmen kann somit die Wirtschaftlichkeit und Produktivität der Presse erheblich gesteigert werden.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemässen Presse ist die jeweils mit einem Blech-Zuschnitt zu beschickende Formhälfte in ihrer Beschickungsendlage im wesentlichen vertikal ausgerichtet, so dass nach der Beschickung der jeweilige Blech-Zuschnitt im wesentlichen ebenfalls vertikal ausgerichtet an der Formhälfte anliegt. Hierdurch ist es besonders einfach möglich, die an unterschiedlichen Flächen einer Zwischenplatte angeordneten Formhälften, die jeweils einer anderen Werkzeugform der Presse zugeordnet sind, gleichzeitig zu beschicken.

Bei einer weiteren erfindungsgemässen Ausführungsform kann auch vorgesehen sein, dass beide Formhälften mit einer Membrane versehen sind. Eine derartige Werkzeugform kann zur Erzeugung von Blechteilen eingesetzt werden, bei denen keine allzu hohen Anforderungen an die Fertigungsgenauigkeit gestellt werden. Dies ist beispielsweise bei einer Vorformung eines Blechteils der Fall, das nachfolgend in einem weiteren Umfor prozess seine endgültige Kontur erhält.

Die Erfindung wird anhand den in den Figuren schematisch •dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert; es zeigen: Fig. 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemässen

Fluid-Umformpresse;

Fig. 2 eine teilweise dargestellte Draufsicht auf die Fluid-Umformpresse aus Fig. 1 ;

Fig. 3 eine Schnittdarstellung eines in der Fluid-

Umformpresse aus Fig. 1 angeordnete Werkzeugform;

Fig. 4a eine weitere Schnittdarstellung der Werkzeugform aus Fig. 3, bei welcher sich in einer ersten Kavität ein Druckmedium befindet;

Fig. 4b die Werkzeugform aus Fig. 3, bei welcher sich in einer zweiten Kavität ein Druckmedium befindet;

Fig. 5 eine Schnittdarstellung einer weiteren erfin- dungsgemässen Werkzeugform einer Fluid-

Umformpresse.

In den Fig. 1 und 2 ist eine erfindungsgemässe hydraulische Umformpresse 1 dargestellt, die ein Gestell 2, das mit mehreren, im wesentlichen identischen und parallel zueinander angeordneten Rahmenelemente 3 versehen ist. Die Rahmenelemente 3 sind ringförmig geschlossen, haben eine ungefähr ovale Form und eine im wesentlichen konstante Dicke. Des weiteren sind die einzelnen Rahmenelemente mit Abstand zueinander angeordnet.

Im Bereich der Mitte der Ausnehmungen der Rahmenelemente 3 befinden sich zwei Werkzeugformen 4, 40 die jeweils drei

-Formhälften 5, 6, 7; 50 60 7' aufweisen. Die beiden jeweils im wesentlichen identischen Formhälften 6, 7 bzw.

6', 7 'sind an einer Zwischenplatte 8 angeordnet, die in eine erste und eine zweite Endlage (in Fig. 2 durch Strichlinien dargestellt) verfahrbar ist. Zur Erzeugung dieser translatorischen Verfahrbewegung ist die Zwischenplatte 8 an nicht näher dargestellten Linearführungen gelagert und mit einer ebenfalls nicht dargestellten Antriebseinrichtung verbunden. In beiden Endlagen liegt den beiden (ersten) Formhälften 5, 5' jeweils die zu der entsprechenden Werkzeugform 4, 4' gehörende zweite Formhälfte 6, 6' gegenüber. Die beiden anderen zweiten Formhälften 7, 7' befinden sich dann in einer Be- und Entladestellung, in der fertige Blechteile aus der Formhälfte 7, 7' entnommen und neue Blech-Zuschnitte für den nachfolgenden Bearbeitungszyklus in die jeweilige Formhälfte 7, 7' eingelegt werden.

Während der Beschickung der beiden Formhälften 7, 7' liegen die zu der jeweiligen Werkzeugform 4, 4' gehörenden beiden anderen Formhälften 5, 6; 5', 6' aneinander an und formen einen Blech-Zuschnitt zu einem Blechteil um. Nachdem diese Bearbeitung abgeschlossen ist, werden die beiden Werkzeug- formen 4, 4' gleichzeitig geöffnet und die vertikal ausgerichtete Zwischenplatte 8 verfährt in ihre andere Endlage. In dieser Endlage befinden sich die beiden zuvor mit Blech-Zuschnitten beschickten Formhälften 7, 7' gegenüber den ebenfalls vertikal ausgerichteten Formhälften 5, 5' und bilden die jeweilige Werkzeugform 4, 4'. Durch Schliessen der Formhälften 5, 7; 5', 7' und Einleitung des Druckmediums beginnt die Umformung der Blech-Zuschnitte. Während dieser Bearbeitung werden aus den Formhälften 6, 6' die zuvor gefertigten Blechteile entnommen und für den nächsten Bearbeitungszyklus neue Blech-Zuschnitte eingelegt.

In Fig. 3 ist eine der beiden Werkzeugformen 4, 4' in einer Position näher dargestellt, in welcher die beiden Formhälften 5, 6 unmittelbar zuvor geschlossen worden- sind. Nachfolgend wird durch eine Leitung 20 eines Leitungs- systemes ein Druckmedium in die von dem Blech-Zuschnitt abgedichteten ersten Kavität 11 ein Druckmedium, vorzugsweise ein Gas, wie beispielsweise Luft, eingeleitet. Es könnte jedoch ebenso ein Hydrauliköl oder auch eine Wasseremulsion verwendet werden. Wie dieser Darstellung entnommen werden kann, weist die Formhälfte 6 eine ringförmig geschlossene Anlagefläche 21 einer Werkstückaufnahme auf, auf welcher das Blechteil 10 bzw. der Blech-Zuschnitt mit seinem Randbereich aufliegt und durch Andruck der anderen Formhälfte 5 zwischen diesen eingeklemmt wird. Zur besseren Fixierung des Blech-Zuschnittes während der Umformung, ist die Anlagefläche 21 mit Nocken 22, 23 (Ziehschikanen) versehen, die beim Schliessen der Werkzeugform in entsprechende Ausnehmungen 24, 25 der anderen Formhälfte 5 eintauchen und dabei einen Abschnitt des Blech- Zuschnittes mit in die Ausnehmung 24, 25 hineinziehen. Dadurch ist die Fixierung des Blech-Zuschnittes zwischen den beiden Formhälften 5, 6 nicht nur kraft-, sondern auch formschlüssig.

Die Membrane 26 ist so -gestaltet, dass sie sich zwischen den beiden^" sich gegenüberliegenden Nocken 22, 23 befindet. Bei geschlossener Werkzeugform wird sie entlang des gesamten Umfangs des sich im Bereich der Anlagefläche 21 ausbildenden Flanschteils des Blechteils 10 zwischen diesem und der Form- hälfte 5 eingeklemmt. Dazu überdeckt die Membrane 26 zumindest teilweise die Anlagefläche 21. Damit kann erreicht werden, dass ein sich eventuell zwischen der Membrane und dem Blechteil 10 ausbildender Raum abgedichtet ist und somit sowohl in diesen Raum als auch in die zweite Kavität 27 aus der ersten Kavität kein Druckmedium gelangen kann.

Wie dieser Darstellung weiter entnommen werden kann, ist die

Membrane 26 in einer Kassette 28 angeordnet, die durch einen

-nicht näher gezeigten Bajonettverschluss an der Formhä-lfte 5 lösbar befestigt ist. Der Bajonettverschluss ermöglicht die Membrane 26 - zusammen mit der Kassette 28 - verhältnis- ässig schnell und mit wenig Aufwand auszuwechseln.

Die Membrane 26 ist an das zu erzeugende Blechteil, insbesondere an eine Formfläche 29 der Formhälfte, ange- passt. Unter Anpassung ist insbesondere eine gezielte Auswahl der Grosse der verformbaren Oberfläche, der Dicke, der Oberflächenbeschaffenheit und des Elastizitätsmoduls der Membrane in Abhängigkeit von dem Druckmedium, dem verwendeten Arbeitsdruck im Druckmedium, der Ziehtiefe, dem Blechmaterial, die zu verformende Fläche der Blechtafel 10 sowie dem Verlauf der Sollkontur des Blechteils 10 zu verstehen. Die Auswahl erfolgt aufgrund von vor allem empirisch ermittelten Werten. Die so aufgefundenen Abhängigkeiten können in mathematische Funktionen gefasst werden, wodurch die Parameter einer Membrane auch rechnerisch ermittelbar sind. Zwar lassen sich Grossen, wie beispielsweise die Reissfestigkeit der Membrane 26 bei einem bestimmten Arbeitsdruck, bereits mit herkömmlichen Mitteln rechnerisch ermitteln. Andere für das Verfahren relevante Grossen oder Vorgänge sollten jedoch aufgrund von Erfahrungswerten ermittelt werden. Dazu gehört zum Beispiel das "Anschmiegeverhalten" einer solchen Membrane an eine bestimmte (Soll-) Kontur der Formfläche - beispielsweise eine Kontur, welche eine Hinterschneidung aufweist - und die Dauerfestigkeit der Membrane.

In den Fig. 4a und 4b sind in stark schematisierten Darstellungen zwei unterschiedliche Bearbeitungsphasen des in der Werkzeugform 4 gefertigten Blechteils 10 gezeigt. In Fig. 4a ist aus einem nicht gezeigten Reservoirbehälter von einer ebenfalls nicht dargestellten Pumpe durch die Leitung 20 vorzugsweise gasförmiges Druckmedium (beispielsweise Stickstoff oder Pressluft) in die erste Kavität 11 (Vorformhälfte) gepumpt worden. Dieses Druckmedium wird vorzugsweise nicht aufgeheizt und nimmt deshalb im wesentlichen die Umgebungstemperatur an. Durch das Druckmedium wird in der Kavität 11 ein Arbeitsdruck erzeugt. Aufgrund des hohen Überdrucks in der Kavität 11 gegenüber der zweiten Kavität 27 wird der Blech-Zuschnitt in Richtung einer Andruckfläche 30 der Formhälfte gedrückt, bis dieser an der Fläche 30 anliegt. Dieser Überdruck kann noch dadurch verstärkt werden, indem in der zweiten Kavität 27 ein Unterdruck (Vakuum) gegenüber dem Umgebungsdruck erzeugt wird.

Nachdem zumindest Abschnitte des Blech-Zuschnittes dadurch plastisch verformt worden sind, wird ein in der Leitung 20 angeordnetes Ventil geöffnet, wodurch das Druckmedium entweichen oder abgepumpt werden kann. Anschliessend wird in die zweite Kavität 27 durch eine Leitung 31 ein vorzugsweise hydraulisches (flüssiges) Druckmedium hineingepumpt, so dass darin ein Arbeitsdruck aufgebaut wird. Selbstverständlich könnte in die beiden Kavitäten auch das gleiche Druckmedium eingeleitet werden. Die Höhe der Arbeitsdrücke hängt insbesondere von Material, Umformverhältnissen, Dicke und Grosse des Blechteils, sowie von der verwendeten Membrane und dem Druckmedium ab.

Durch den Überdruck in der Kavität 27 drückt die Membrane gegen den vorverformten Blech-Zuschnitt, wodurch dieser in Richtung der Formfläche 29 gedrückt wird und sich schliesslich an die Formfläche 29 vollflächig anlegt. Damit ist aus dem Blech-Zuschnitt das Blechteil 10 entstanden, das dauerhaft die Kontur der Formfläche 10 angenommen hat, da auch bei der letzten Formgebung in dem Material des Blechteils eine plastische Verformung stattgefunden hat.

Nachfolgend wird nun die Erzeugung der Hubbewegung der Form-

- hälfte 5, 5' zum Öffnen und Schliessen der Werkzeugformen näher erläutert. Wie insbesondere in Fig. 1 näher gezeigt ist, ist jede Werkzeugform über ein Getriebe 40, 40' mit einem der beiden hydraulischen Schliesszylinder 41, 41' wirkverbunden, durch welche der zum Öffnen bzw. Ver- schliessen dienende Hub einer Formhälfte 5, 5' erzeugt wird. Selbstverständlich könnte jede der Werkzeugformen auch durch mehrere Schliesszylinder, beispielsweise sechs Schliesszylinder, betätigt werden, deren Schliesskräfte getrennt regel- bzw. steuerbar sind, wodurch sich der gesamte Ziehvorgang vorteilhaft beeinflussen lässt. Die Schliesskräfte der Presse insgesamt, wie auch die Schliesskräfte der einzelnen Zylinder können durch Dehnungsmessstreifen ermittelt werden. Ebenso kann vorgesehen sein, die Blechhaltekräfte mit Dehnungsmesstreifen abzugreifen und auf Basis dieser Messungen in das Umformverfahren gezielt einzugreifen, um das Festhalten oder Fliessen des Materials aus der eingeklemmten Flanschzone zu steuern.

Beide Schliesszylinder 41, 41' der in Fig. 1 dargestellten Presse werden von einer gemeinsamen (nicht gezeigten) Steuerung angesteuert, wodurch die Schliesszylinder 41, 41' miteinander synchronisiert werden können. Da sowohl die Schliesszylinder 41, 41' als auch die Getriebe 40, 40' gleich aufgebaut und lediglich zueinander spiegelverkehrt angeordnet sind, wird nachfolgend nur auf jeweils eine der Einrichtungen Bezug genommen.

Bei dem Schliesszylinder 41 handelt es sich um einen doppelt wirkenden hydraulischen Zylinder, der an dem Gestell 2 angeordnet und mit lediglich teilweise dargestellten Versorgungsleitungen 42 zu einem nicht gezeigten Reservoir für ein Hydraulikmedium versehen ist. An dem freien Ende des Kolbens

43 des Zylinders sind an einer Lagerstelle 50 zwei im wesentlichen gleich lange Hebel 45, 46 schwenkbar an einem ihrer Enden befestigt. Diese beiden Hebel 45, 46 gehören

-jeweils zu einer Kniehebeleinrichtung 52, 53, welche symmetrisch zueinander angeordnet sind. Die beiden Kniehebeleinrichtungen 52, 53 sind an einer Trägerplatte 60 angelenkt, an der wiederum die Formhälfte 5 befestigt ist. Wie in Fig. 2 dargestellt ist, weist das Getriebe 40 zu den zuvor beschriebenen Hebelanordnungen identische weitere Kniehebeleinrichtungen auf. Diese sind an in Fig. 1 nicht zu erkennenden anderen Seitenfläche der Trägerplatte angelenkt.

Selbstverständlich wäre es in nicht dargestellten weiteren erfindungsgemässen Ausführungsformen auch möglich, die Trägerplatte 60 bzw. die Formhälfte 5 anders anzulenken. So könnte beispielsweise vorgesehen sein, jede der mindestens zwei Kniehebeleinrichtungen mit einem separaten Schliesszylinder zu versehen. Die Vorschubrichtung der einzelnen Schliesszylinder könnte dann vertikal zur Schliessbewegung der Formhälfte 5 verlaufen.

In der Darstellung von Fig. 1 wird eine Schliessbewegung entlang der Längsachse 51 des Kolbens 43 von diesem auf die beiden Kniehebeleinrichtungen übertragen. Die Bewegung der Kniehebeleinrichtung bewirkt, dass sich die Trägerplatte 60 - und somit auch die Formhälfte 5 - auf die Zwischenplatte 8 zubewegt, wodurch sich die Werkzeugform schliesst. Als Schliesskraft werden somit die an den Kniehebeleinrichtungen anliegenden Kräfte bzw. Momente genutzt, welche aufgrund des Übersetzungsverhältnisses des Getriebes 40 bei verhältnismässig geringem Hub des Schliesszylinders 41, relativ gross sind.

Obwohl die Schliesskräfte relativ gross sind, sind die auf den Rahmen einwirkenden Belastungen gering. Dies ist im wesentlichen darin begründet, dass die Schliesskräfte der beiden Schliesszylinder 41, 41' vom Betrag - zumindest bei gleichen Formgrössen - annähernd identisch und in bezug auf ihre Richtung entgegengesetzt sind.

In Fig. 5 ist in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung die Werkzeugform 4 mit den beiden Formhälften 5, 6 der Presse aus Fig. 1 und 2 gezeigt. Wie dieser Darstellung entnommen werden kann, unterscheidet sich diese Werkzeugform von den zuvor beschriebenen Werkzeugformen im wesentlichen dadurch, dass in der Formhälfte 5 ein Stanzwerkzeug 65 integriert ist. Ein Stanzstempel 66 des Stanzwerkzeuges 65 wird dazu in einer vorzugsweise mit einem Giessharz 67 ausgekleideten Ausnehmung der Formhälfte geführt. In Fig. 5 ist der Stanzstempel 66 (rechts und links von seiner Längsachse 68) in zwei verschiedenen Endlagen gezeigt.

Die Membrane 26 der Werkzeugform ist an der Mantelfläche des Stanzstempels 66 im Bereich von dessen Stirnfläche 69 befestigt. Somit dichtet auch hier die Membrane 26 eine Kavität 27 der Formhälfte 5 ab, an welcher sie befestigt ist. In der anderen Formhälfte 6 ist entlang der verlängerten Längsachse 68 des Stanzstempels 66 an der Formfläche 29 eine Ausnehmung 70 vorhanden, deren Querschnitt so gestaltet ist, dass der Stanzstempel 66 mit möglichst geringem Spiel in die Ausnehmung 70 eintauchen kann. Um den Stanzabfall aus der Ausnehmung entfernen zu können, ist in dieser ein durch ein Druckmedium betätigbarer Ausstosser 71 angeordnet, dessen Hub durch einen als Hubbegrenzer 73 ausgebildeten Kolben limitiert ist.

Die Umformung eines Blech-Zuschnittes beginnt auch hier mit der Einleitung eines Druckmediums in die erste Kavität 11, wodurch ein Abschnitt des Blech-Zuschnittes an die Andruckfläche gedrückt und dadurch vorverformt wird. Nachdem der Druck in der Kavität 11 reduziert und in die von der Me - brane 26 und der Formhälfte 5 gebildeten zweiten Kavität 27 ein Druckmedium gepumpt wurde, drückt die Membrane 26 den Blech-Zuschnitt gegen die Formfläche 29, so dass der Blech- Zuschnitt deren Kontur vollständig annimmt. Gleichzeitig wird durch das Druckmedium auch der Stanzstempel in Richtung der Ausnehmung 70 beschleunigt. Dadurch taucht der Stempel in die Ausnehmung ein und stanzt dabei ein seinem Quer- schnitt entsprechendes Blechstück 72 aus. Nachdem der Stanzstempel wieder aus der Ausnehmung 70 herausgefahren wurde, stösst der Ausstosser 71 das Blechstück 72 aus.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Umformung eines Blech-Zuschnittes zu einem Blechteil in einer Werkzeugform, die eine erste und eine zweite Formhälfte aufweist zwischen denen eine Membrane anordenbar ist, bei dem

ein Blech-Zuschnitt in eine der beiden Formhälften einlegbar und die Werkzeugform schliessbar ist, so dass sich in der Werkzeugform zwei Kavitäten ausbilden, wobei der Blech-Zuschnitt sich in der ersten Kavität befindet,

in die zweite Kavität ein Druckmedium einleitbar ist, so dass sich zumindest ein Teilbereich des Blech- Zuschnittes zusammen mit der Membrane in Richtung einer Formfläche der ersten Formhälfte bewegt und sich dadurch das Volumen der ersten Kavität verkleinert,

das Blechteil nach einer Reduzierung des Druckes in der zweiten Kavität entformbar ist,

dadurch gekennzeichnet, dass

auch in die erste Kavität (11) ein Druckmedium einleitbar ist, wodurch zumindest ein Teilbereich des Blech-Zuschnittes (10) hin zu einer Andruckfläche (30) der zweiten Formhälfte (5, 5') gedrückt wird, um in dem Blech-Zuschnitt (10) eine plastische Vorverformung zu erzeugen, und dass vor der Entformung des Blechteils (10) auch der Druck in der ersten Kavität (11) reduzierbar ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Blech-Zuschnitt (10) in die erste Formhälfte (6, 6', 7, 7') einlegbar ist und die Membran (26) an der zweiten Formhälfte (5, 5') befestigt ist.

3. Verfahren nach einem oder beiden der vorhergehenden

Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Formhälfte (5, 5', 6, 6', 7, 7') der Werkzeugform (4, 4') mit einem Blech-Zuschnitt (10) beschickbar ist, während in zwei anderen Formhälften (5, 5', 6, 6', 7, 7') der gleichen Werkzeugform (4, 4') ein Blech-Zuschnitt (10) umformbar ist.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Formhälften (5, 5', 6, 6', 7, 7') von mindestens zwei Werkzeugformen (4, 4') mit jeweils einem Blech-Zuschnitt (10) beschickbar sind, während sich andere Formhälften (5, 5', 6, 6', 7, 7') der mindestens zwei Werkzeugformen (4, 4') in einer Bearbeitungsphase befinden.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in die eine Kavität ein gasförmiges Druckmittel und in die andere Kavität ein hydraulisches Druckmittel einleitbar ist.

6. Vorrichtung zur Umformung eines Blech-Zuschnittes zu einem Blechteil, insbesondere nach einem Verfahren gemass einem der vorhergehenden Ansprüchen 1 bis 5, welche

eine Werkzeugform aufweist, die eine erste und eine- zweite Formhälfte hat, die mit einer Werkstückaufnahme versehen sind, mindestens einen Schliesszylinder umfasst, mit dem die beiden Formhälften zum Schliessen der Werkzeugform gegeneinander andrückbar sind,

mit einer Membran versehen ist, die an einer der beiden Formhälften befestigt ist, wobei in der geschlossenen Werkzeugform durch die Membrane zwei Kavitäten ausbildbar sind,

eine der beiden Formhälften mit Mitteln zur Einleitung eines Druckmediums in eine der beiden Kavitäten versehen ist,

dadurch gekennzeichnet, dass

auch die andere Formhälfte (5, 5', 6, 6', 7, 7') mit Mitteln zur Einleitung eines Druckmediums versehen ist, so dass nacheinander in beiden Kavitäten (11, 27) ein Überdruck gegenüber der jeweils anderen Kavität (11, 27) einstellbar ist, wodurch zumindest ein Teilbereich des Blech-Zuschnittes (10) sowohl in Richtung einer Formfläche (29) als auch in Richtung einer Andruckfläche (30) der beiden Formhälften (5, 5', 6, 6', 7, 7') bewegbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine translatorisch bewegbare Zwischenplatte (8), die mit mindestens zwei Formhälften (5, 5', 6, 6', 7, 7') unterschiedlicher Werkzeugformen (4, 4') versehen ist.

-8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet-, dass die beiden Formhälften (5, 5', 6, 6', 7, 7') an unterschiedlichen Seiten der Zwischenplatte (8) angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Werkzeugform (4, 4') mit drei Formhälften (5, 5', 6, 60 7, 7') versehen ist, eine erste und eine zweite dieser Formhälften an einer Fläche der Zwischenplatte (8) angeordnet sind, und dass mit jeweils einer dieser beiden Formhälften zusammen mit der dritten Formhälfte jeweils die Werkzeugform ausbildbar ist.

10. ¹Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden an der Zwischenplatte (8) angeordneten Formhälften (6, 6', 7, 7 ' ) im wesentlichen identisch, zumindest aber in bezug auf eine Kontur ihrer Form- oder Andruckflächen ähnlich sind.

11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass Formhälften (5, 5', 6, 6', 7, 7') der Werkzeugformen (4, 4 ' ) in ihrer Beschickungsendlage im wesentlichen vertikal ausgerichtet sind.

12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in

Wirkrichtung des Schliesszylinders (41, 41') zwischen dem Schliesszylinder (41, 41') und einer Formhälfte (5, 5', 6, 6', 7, 7') ein Getriebe (40, 40'), insbesondere ein Hebelgetriebe, angeordnet ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (40, 40') mindestens einen Kniehebel aufweist.

14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Membrane zumindest in bezug auf ihre Grosse und Elastizität auf die Grosse und Form des zu erzeugenden Blechteiles abgestimmt ist.

15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Membrane (26) ein biegeschlaffes Material aufweist.