WO2006015784A1 - Verfahren und werkzeugeinrichtung zum umformen - Google Patents

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WO2006015784A1
WO2006015784A1 PCT/EP2005/008415 EP2005008415W WO2006015784A1 WO 2006015784 A1 WO2006015784 A1 WO 2006015784A1 EP 2005008415 W EP2005008415 W EP 2005008415W WO 2006015784 A1 WO2006015784 A1 WO 2006015784A1
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forming
tool
forming punch
holding
punch
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PCT/EP2005/008415
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Sebastian Rotter
Bernhard Spies
Heiko Thaler
York Widdel
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Daimlerchrysler Ag
Eckold Gmbh & Co. Kg
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    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q7/00—Arrangements for handling work specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, machine tools, e.g. for conveying, loading, positioning, discharging, sorting
    • 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
    • B21D39/00—Application of procedures in order to connect objects or parts, e.g. coating with sheet metal otherwise than by plating; Tube expanders
    • B21D39/03—Application of procedures in order to connect objects or parts, e.g. coating with sheet metal otherwise than by plating; Tube expanders of sheet metal otherwise than by folding
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q16/00—Equipment for precise positioning of tool or work into particular locations not otherwise provided for
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D65/00—Designing, manufacturing, e.g. assembling, facilitating disassembly, or structurally modifying motor vehicles or trailers, not otherwise provided for

Definitions

  • the invention relates to a method for forming at least one section on a less accurately positioned body by such an amount that the section to be reshaped lies in a more precisely defined position by means of a tool device which has at least one holding device and at least one in the direction of Gareinrich ⁇ device movable forming punch, wherein the portion to be formed between the holding device and the forming die is arranged, comprising the following steps: the holding device is positioned on the portion to be formed; The umzu ⁇ forming portion is formed by a movement of the forming die in the direction of the holding device, according to the Ober ⁇ concept of claim 1.
  • the invention also relates to a tool device for carrying out the method described above, with at least one holding device and at least one shaping punch movable in the direction of the holding device, wherein the section to be formed is arranged between the holding device and the forming punch, according to the preamble of the An ⁇ claim 5.
  • German patent DE 36 42 900 C2 is a Ver drive for forming at least a section at a we- niger accurately positioned body by such an amount be ⁇ known that its surface is in contrast in a more precise position.
  • the known forming method is carried out by means of a portable holding device which has at least one stationary counterholder, the one or more movable and lockable holding means and at least one movable in the direction of the or the counter-holder mold block, wherein the one or more counter-holder and the holding means of the first surface of the body and the or the mold blocks are provided facing this opposite the second surface of the body.
  • the known method comprises the following steps: Precise positioning of the counter-holder (s) in the area of the section or sections to be formed above the first surface of the body; then applying the holding means to the first surface of the body in that area; thereafter locking the holding means or means in this position and placing and finally forming movement of the mold or blocks until the surface (s) of the section or sections to be reshaped on or against the counter-holders.
  • German patent application DE 199 27 101 A1 discloses a method for mechanical joining of two flat joint parts by means of clinching without a cutting portion by means of an active punch with a linear, beating or tumbling motion, a counter punch, a fixed or movable punch chen template and a hold-down for biasing the Fü ⁇ geteile to form a neck area and a Hin ⁇ ter4.000 Symposiumes known.
  • the known method is characterized in that the counter punch actively comes into contact with the matrizen matteren adherend already before, during or immediately after the beginning of the clinching operation and is thus used for swaging of both joining parts, so that the punch side joining part by the reduced ironing egg- NEN thicker neck area forms and further material from both parts to be joined from the later floor area by upsetting in the neck area and the undercut area is ver ⁇ urged.
  • German Patent DE 197 47 267 C2 discloses a method for inserting sheet metal parts which lie one on top of the other, in which sheet metal parts are displaced out of the plane of the sheet together by means of a tool set comprising a punch and a die having an anvil be crushed known.
  • the known method is characterized in that the Umform ⁇ energy is supplied by a plurality of pulses accelerated an impact on horr ⁇ set mass.
  • German Patent DE 195 24 164 C1 discloses a method for positioning preformed pressed metal parts and a robot-guided tool and the production of screw joints on preformed pressed metal parts of a vehicle body to compensate for component tolerances between the sheet metal part and a body part to be connected to it and a device for Carrying out the same known.
  • a device for Carrying out the same known In order to ensure a precise positioning and a component tolerance compensation of the screw connection points on the sheet metal pressing part in a simple manner, it is proposed that the exact actual position of the sheet metal pressing part within the working space of an industrial robot in relation to it and the exact actual position. Contour after the circumferential course ermit ⁇ be determined. This actual contour is compared with the stored data of a reference model and brought into maximum overlap with the sheet metal press part to be processed.
  • the object of the invention is to provide an alternative Umformverfah ⁇ ren and an alternative tool device for performing the forming process.
  • the object is achieved in a method of the type mentioned in that the forming movement of the forming die controlled in dependence on the position of the forming die without fest ⁇ stationary counter-holder is controlled so that the forming die is stopped in a defined end position.
  • the forming method known from German Patent DE 36 42 900 C2 the forming die is always moved from its starting position until the forming punch with the section to be formed rests against the counter-holder serving as a position-defined stop.
  • the counterholder forms a die.
  • this known method is not vorge see to influence the movement of the forming die.
  • the path-controlled forming movement provides the advantage that the movement of the forming punch can be influenced in a targeted manner in order, for example, to take into account errors in positioning and / or tolerances in the thickness of the body to be formed.
  • a preferred embodiment of the method is da ⁇ characterized in that the forming die is driven in response to the position of the forming punch. This makes it possible to position the forming die exactly.
  • the drive is preferably an electromotive or hydraulic drive, which may optionally comprise a transmission.
  • a further preferred embodiment of the method is characterized in that the position and / or the movement of the forming die is / is detected.
  • the position of the forming punch can be detected, for example, via a displacement measuring system.
  • a displacement measuring system preferably comprises at least one sensor device, by means of which the position of the forming punch and / or the holding device relative to the section to be reshaped or relative to one another is detected.
  • the holding device is positioned by means of the displacement measuring system. This makes it possible to position the holding device exactly on the body to be shaped. This can be done, for example, by a contactless approach or by touching.
  • a further preferred embodiment of the method is characterized in that a correction value is determined, which is taken into account in the form of an additional compensation movement of the forming punch.
  • the object is achieved by a tool device having the features of claim 5.
  • the tool device is characterized in that a drive for the mold stamp is coupled to a control device, by means of which the forming movement of the mold punch as a function of the position of the mold part without Controlled counter-holder controlled trolled so that the forming punch in a defined end position is stopped.
  • the drive may be, for example, an electromotive drive or a servohydraulic drive.
  • a preferred embodiment of the tool device is characterized in that the forming punch is driven by an electric motor drive.
  • the electric motor drive By means of the electric motor drive, the forming punch can be stopped sufficiently accurately in position at any position. If appropriate, other drive systems with sufficient positioning accuracy can also be used in the tool device.
  • Another possible embodiment of the tool device is characterized in that the forming punch is driven by a hydraulic drive. This has the advantage that relatively large forces can be applied to the forming die.
  • a further preferred exemplary embodiment of the tool device is characterized in that the control device is coupled to a sensor device which detects the position and / or the movement of the forming punch and / or the holding device.
  • the coupling can be a mechanical coupling and / or an optical coupling and / or another suitable coupling.
  • the sensor device for example, the distance between the forming die and the body to be formed can be detected.
  • the distance between the holding device and the body to be formed can be detected by the sensor device.
  • the distance between the forming punch and the holding device can be detected by the sensor device. the.
  • the sensor device is integrated into the holding device.
  • the holding device and the sensor device are integrated in a base body of the tool device. This simplifies the construction of the tool device according to the invention.
  • the holding device comprises at least one movable holding means which is prestressed in the direction of the section to be re-formed.
  • the holding means which is also referred to as a clamping holder, acts as a die cushion and ensures a planar forming surface on the body to be formed.
  • a further preferred exemplary embodiment of the tool device is characterized in that the sensor device is integrated into the holding means. This makes it possible to reduce the movement of the holding device as soon as or before the holding means comes into contact with the body to be formed for the first time.
  • the slower movement of the holding device provides the advantage that the holding device comes to rest more gently on the body to be formed.
  • a further preferred exemplary embodiment of the tool device is characterized in that the sensor device is integrated in a measuring device which can be moved relative to the holding device and moved in the direction of the measuring device. is biased to the section. This makes it possible to reduce the movement of the holding device as soon as the measuring device comes into contact with the body to be formed for the first time.
  • the slower movement of the holding device provides the advantage that the holding device comes more gently into contact with the body to be formed. As a result, a prestressing, force-free retraction of the holding device is made possible.
  • a further preferred exemplary embodiment of the tool device is characterized in that a punching tool can be moved through the holding device. With the aid of the punching tool, at least one through-hole, which serves for example for receiving fastening means, can be produced in the section to be formed.
  • a further preferred exemplary embodiment of the tool device is characterized in that the forming punch is fastened to one leg of a substantially L-shaped bracket, the other leg of which is fastened to a base body of the tool device.
  • the main body and the bracket form a Umformzange.
  • the holding device and the drive for the forming punch are preferably integrated into the base body.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a tool according to the invention with a forming die in its starting position
  • FIG. 2 shows the tool device from FIG. 1 with the punch in the end position
  • FIGS. 1 and 2 shows a schematic illustration of a variant of the tool device shown in FIGS. 1 and 2 with a movable measuring sleeve, wherein the shaping punch is in its initial position
  • FIG. 4 shows the tool device from FIG. 3 with the punch in its end position.
  • FIG. 1 shows schematically a tool device 1, which comprises a main body 3.
  • the main body 3 of the tooling device 1 is fastened to a robot 4 (industrial robot) or to a robot arm, so that the main body 3 can be moved in different directions in space via the robot 4.
  • robot 4 industrial robot
  • a substantially L-shaped bracket 6 is mounted so that it is movable in the direction of a double arrow 7 back and forth.
  • the bracket 6 is driven by a elektromo ⁇ toric drive 8, which is integrated into the main body 3 of the tool device 1.
  • the bracket 6 has a leg 16 which is arranged perpendicular to a further leg 17 of the bracket 6. The free end of the leg 16 of the bracket 6 is on the base body 3 of the tool device 4 in the direction of the double arrow 7 back and forth movable ge leads.
  • a substantially circular cylindrical forming die 10th rigidly, ie not fixed in a relatively movable manner, with the forming die 10 extending parallel to the leg 16 of the bracket 6.
  • a spring-biased clamping holder 12 in the axial direction of the forming die 10 is guided back and forth movable.
  • the clamping holder 12 has the shape of a circular cylinder jacket whose inside diameter is slightly larger than the outside diameter of the punch 10, so that the forming punch 10 and the clamping holder 12 can be displaced relative to one another in the axial direction.
  • a holding device 15 is attached to the base body 3 of the tool device 1.
  • the holding device 15 has a holding body 18 which is rigidly connected to the base body 3.
  • the holding body 18 has substantially the shape of a circular cylinder jacket, which is arranged concentrically to the forming die 10.
  • a measuring sensor device 20 or a measuring system which includes contact sensors and / or distance sensors is integrated into the end of the holding body 18 facing the forming die 10.
  • a spring-biased clamping holder 22 is reciprocally accommodated, which has substantially the shape of a circular cylinder jacket, the Jardin ⁇ diameter is smaller than the inner diameter of Gar ⁇ body 18.
  • the clamping holder 22 is an end of a punching tool 24, the other end of which is accommodated in a punching device 25, which is integrated into the base body 3.
  • the reshaping section 28 has a surface 29, which faces the forming die 10, and a surface 30 facing the holding means 15.
  • the tool device 1 which is also referred to as Um ⁇ tongs, brought by means of the robot 4 in the starting position shown in Figure 1.
  • the bracket 6 with the forming die 10 is in the direction of the double arrow 7 re ⁇ relative to the Grundk ⁇ rper 3 of the tool device 1 via the electric motor drive 8, which is coupled to the integrated Weg ⁇ measuring system 20, exactly positioned.
  • the tool device according to the invention and the method according to the invention serve to reshape the section 28 to be formed at the body 27, which is positioned more precisely, by such an amount that its surfaces 29-and thus also its surface 30 -contact in contrast come to lie a precisely defi ⁇ ned position.
  • the holding body 18 is brought into position in the region of the surface 30 to be formed of the sheet-metal body 27 by moving the tool device 1 by means of the measuring system 20, which comprises displacement or contact sensors. On the one hand, this can be done by touching or contacting the surface 30 without contact. Subsequently, a path-controlled sliding movement of the bracket 6 and thus of the forming punch 1 on the portion to be reshaped 28 is triggered up to an end position determined with the aid of the measuring system 20. At the same time, a relative movement of the forming die 10 to the spring-biased clamping holder 12 takes place in the axial direction.
  • FIG. 2 also shows that the holding body 18 is in contact with the surface 30 of the section 28 to be formed.
  • the free end of the forming punch 10 is not in An ⁇ impact on a portion of the holding device 15.
  • the free end of the forming die 10 is only in contact with the portion to be reshaped 28.
  • the End ⁇ shown in Figure 2 position of the forming die 10 is controlled over taken the e- lektromotorischen drive 8.
  • a correction value can be determined on the basis of a characteristic curve and set as an additional stamping depth.
  • the body portion 28 of the body 27 to be reshaped is located with its surface 29 in the defined end position, this defined end position being independent of the spring-loaded clamping holder 22.
  • the clamping holder 22 serves only as a die cushion, which moves together with the portion to be reshaped 28 against the spring biasing force,
  • the position-correct-transformed section 28 is perforated with the aid of the punching tool 24.
  • FIGS. 3 and 4 show schematically a similar embodiment as in FIGS. 1 and 2. Identical parts are provided with the same reference numerals. To avoid repetition, reference is made to the preceding description of FIGS. 1 and 2. In the following, only the differences between the two exemplary embodiments will be considered.
  • a measuring sleeve 40 which is substantially circular-cylinder-jacket-shaped, is in the axial circumference at the outer circumference of the holding body 18 Direction against the biasing force of a spring slidably ge leads.
  • the spring-mounted measuring sleeve 40 comprises an integrated displacement measuring system with contact and / or distance sensors.
  • the measuring sleeve 40 provides the advantage that the Verfahrgeschwin ⁇ speed of the robot 4 can be reduced as soon as the measuring sleeve 40 comes into contact with the surface 30 of the umzuformen ⁇ the section 28.
  • the robot 4 can be moved more slowly along the remaining travel path of the holding body 18 as far as the surface 30 of the section to be reshaped 28, in order to allow the rigid holding body 18 to arrive smoothly on the surface 30 of the section 28 to be reshaped.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Werkzeugein­richtung zum Umformen mindestens eines Abschnitts (29) an ei­nem weniger genau positionierten Körper (27) um einen solchen Betrag, dass der umzuformende Abschnitt (28) demgegenüber in einer genauer definierten Position liegt, mittels einer Werk­zeugeinrichtung (1), die mindestens eine Halteeinrichtung (15) und mindestens einen in Richtung der Halteeinrichtung (15) bewegbaren Formstempel (10) aufweist, wobei der umzufor­mende Abschnitt (28) zwischen der Halteeinrichtung (15) und dem Formstempel (10) angeordnet ist. Um die Qualität der umgeformten Körper zu verbessern, wird die Umformbewegung des Formstempels (10) in Abhängigkeit von der Position des Formstempels (10) ohne feststehenden Gegen­halter kontrolliert so gesteuert, dass der Formstempel in ei­ner definierten Endposition gestoppt wird. Bei der erfin­dungsgemäßen Werkzeugeinrichtung ist ein Antrieb für den Formstempel mit einer Steuereinrichtung gekoppelt, durch wel­che die Umformbewegung des Formstempels (10) in Abhängigkeit von der Position des Formstempels ohne feststehenden Gegen­halter kontrolliert so gesteuert, dass der Formstempel in ei­ner definierten Endposition gestoppt wird.

Description

Verfahren und Werkzeugeinrichtung zum Umformen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Umformen mindestens eines Abschnitts an einem weniger genau positionierten Körper um einen solchen Betrag, dass der umzuformende Abschnitt dem¬ gegenüber in einer genauer definierten Position liegt, mit¬ tels einer Werkzeugeinrichtung, die mindestens eine Halteein¬ richtung und mindestens einen in Richtung der Halteeinrich¬ tung bewegbaren Formstempel aufweist, wobei der umzuformende Abschnitt zwischen der Halteeinrichtung und dem Formstempel angeordnet ist, mit folgenden Schritten: Die Halteeinrichtung wird an dem umzuformenden Abschnitt positioniert; der umzu¬ formende Abschnitt wird durch eine Bewegung des Formstempels in Richtung der Halteeinrichtung umgeformt, gemäß dem Ober¬ begriff des Anspruchs 1.
Die Erfindung betrifft auch eine Werkzeugeinrichtung zum Durchführen des vorab beschriebenen Verfahrens, mit mindes¬ tens einer Halteeinrichtung und mindestens einem in Richtung der Halteeinrichtung bewegbaren Formstempel, wobei der umzu¬ formende Abschnitt zwischen der Halteeinrichtung und dem Formstempel angeordnet ist, gemäß dem Oberbegriff des An¬ spruchs 5.
Aus der deutschen Patentschrift DE 36 42 900 C2 ist ein Ver¬ fahren zum Umformen mindestens eines Abschnitts an einem we- niger genau positionierten Körper um einen solchen Betrag be¬ kannt, dass dessen Oberfläche demgegenüber in einer genauer definierten Position liegt. Das bekannte Umformverfahren wird mittels einer ortsbeweglichen Haltevorrichtung durchgeführt, die mindestens einen feststehenden Gegenhalter, dem oder den gegenüber bewegliche und arretierbare Haltemittel und mindes¬ tens einen in Richtung des oder der Gegenhalter bewegbaren Formblock aufweist, wobei der oder die Gegenhalter und die Haltemittel der ersten Oberfläche des Körpers und der oder die Formblöcke diesen gegenüberliegend der zweiten Oberfläche des Körpers zugewandt vorgesehen sind. Das bekannte Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Exaktes Positionieren des oder der Gegenhalter im Bereich des oder der umzuformenden Abschnitte oberhalb der ersten Oberfläche des Körpers; dann Anlegen des oder der Haltemittel an der ersten Oberfläche des Körpers in diesem Bereich; danach Verriegeln des oder der Haltemittel in dieser Position und Aufsetzen und schließlich formendes Bewegen des oder der Formblöcke bis zur Anlage der Oberfläche(n) des oder der umzuformenden Abschnitte am oder an den Gegenhaltern.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 199 27 101 Al ist ein Verfahren zum mechanischen Fügen von zwei flächigen Füge¬ teilen mittels Clinchen ohne Schneidanteil durch einen akti¬ ven Stempel mit einer geradlinigen, schlagenden oder taumeln¬ den Bewegung, einem Gegenstempel, einer festen oder bewegli¬ chen Matrize sowie einem Niederhalter zum Vorspannen der Fü¬ geteile unter Ausbildung eines Halsbereiches und eines Hin¬ terschnittbereiches bekannt. Das bekannte Verfahren ist da¬ durch gekennzeichnet, dass der Gegenstempel schon vor, wäh¬ rend oder unmittelbar nach Beginn des Clinchvorgangs aktiv in Kontakt mit dem matrizenseitigen Fügeteil kommt und damit zum Stauchen beider Fügeteile herangezogen wird, so dass das stempelseitige Fügeteil durch die verringerte Abstreckung ei- nen dickeren Halsbereich ausbildet und weiteres Material aus beiden Fügeteilen aus dem späteren Bodenbereich durch das Stauchen in den Halsbereich und den Hinterschnittbereich ver¬ drängt wird.
Aus der deutschen Patentschrift DE 197 47 267 C2 ist ein Ver¬ fahren zum Durchsetzfügen von flächig aufeinander liegenden Blechteilen, bei dem mittels eines Werkzeugsatzes aus einem Stempel und einer einen Amboss aufweisenden Matrize Blechtei¬ le unter der Wirkung einer Umformenergie aus der Blechebene gemeinsam herausverlagert und gequetscht werden bekannt. Das bekannte Verfahren ist dadurch gezeichnet, dass die Umform¬ energie durch mehrere Impulse einer beschleunigt am Werkzeug¬ satz auftreffenden Masse zugeführt wird.
Aus der deutschen Patentschrift DE 195 24 164 Cl ist ein Ver¬ fahren zur Positionierung fertiggeformter Blechpressteile und eines robotergeführten Werkzeugs und die Herstellung von Schraubverbindungsstellen an fertiggeformten Blechpressteilen einer Fahrzeugkarosserie zum Ausgleich von Bauteiltoleranzen zwischen dem Blechpressteil und einem mit ihm zu verbindenden Karosserieteil und einer Einrichtung zur Durchführung dessel¬ ben bekannt. Um in einfacher Weise eine präzise Positionie¬ rung und einen Bauteiltoleranzausgleich der Schraubverbin¬ dungsstellen am Blechpressteil zu gewährleisten, wird vorge¬ schlagen, dass die exakte Ist-Lage des Blechpressteils inner¬ halb des Arbeitsraums eines Industrieroboters in Relation zu ihm und die exakte Ist-Kontur nach dem Umfangsverlauf ermit¬ telt werden. Diese Ist-Kontur wird mit den abgespeicherten Daten eines Referenzmodells verglichen und in maximale Über¬ deckung mit dem zu bearbeitenden Blechpressteil gebracht.
Aus der deutschen Patentschrift DE 39 32 532 C2 ist eine Werkzeugeinheit für kraftintensive Umformverfahren mit zwei Werkzeugelementen und zwei gegenüberliegenden, entgegenge¬ setzt linear wirkenden pneumatischen oder hydraulischen An¬ trieben bekannt. Die bekannte Werkzeugeinheit ist dadurch ge¬ kennzeichnet, dass die beiden Antriebe in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht und außerhalb der Kraftwirkungslinie der beiden Werkzeugelemente angeordnet sind, wobei jedes Werkzeugelement an einem Bügel gehalten ist, so dass die ein¬ ander gegenüberliegend angeordneten Bügel längs des gemeinsa¬ men Gehäuses der Antriebe gleichzeitig linear verschiebbar gehalten sind, wobei jeder Bügel mit dem beweglichen Teil des betreffenden Antriebs lösbar verbunden ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein alternatives Umformverfah¬ ren und eine alternative Werkzeugeinrichtung zum Durchführen des Umformverfahrens zu schaffen.
Die Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Umformbewegung des Formstempels in Abhängigkeit von der Position des Formstempels ohne fest¬ stehenden Gegenhalter kontrolliert so gesteuert wird, dass der Formstempel in einer definierten Endposition gestoppt wird. Bei dem aus der deutschen Patentschrift DE 36 42 900 C2 bekannten Umformverfahren wird der Formstempel aus seiner Ausgangsstellung immer soweit bewegt, bis der Formstempel mit dem umzuformenden Abschnitt an dem als lagedefinierter An¬ schlag dienenden Gegenhalter anliegt. Der Gegenhalter bildet eine Matrize. Bei diesem bekannten Verfahren ist nicht vorge¬ sehen, die Bewegung des Formstempels zu beeinflussen. Die er- findungsgemäße weggesteuerte Umformbewegung liefert dagegen den Vorteil, dass die Bewegung des Formstempels gezielt be- einflusst werden kann, um zum Beispiel Fehler beim Positio¬ nieren und/oder Toleranzen in der Dicke des umzuformenden Körpers zu berücksichtigen. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist da¬ durch gekennzeichnet, dass der Formstempel in Abhängigkeit von der Position des Formstempels angetrieben wird. Dadurch ist es möglich, den Formstempel exakt zu positionieren. Bei dem Antrieb handelt es sich vorzugsweise um einen elektromo¬ torischen oder hydraulischen Antrieb, der ggf. ein Getriebe umfassen kann.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Position und/oder die Bewegung des Formstempels erfasst werden/wird. Die Position des Formstempels kann beispielsweise über ein Wegmesssystem erfasst werden. Ein solches Wegmesssystem umfasst vorzugswei¬ se mindestens eine Sensoreinrichtung, durch welche die Posi¬ tion des Formstempels und/oder der Halteeinrichtung relativ zu dem umzuformenden Abschnitt oder relativ zueinander er¬ fasst wird. Vorzugsweise wird die Halteeinrichtung mit Hilfe des Wegmesssystems positioniert. Dadurch ist es möglich, die Halteeinrichtung exakt an dem umzuformenden Körper zu positi¬ onieren. Das kann zum Beispiel durch ein berührungsloses An¬ nähern oder durch ein berührendes Antasten erfolgen.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Korrekturwert ermittelt wird, der in Form einer zusätzlichen Kompensationsbewegung des Formstempels berücksichtigt wird.
Ferner wird die Aufgabe gelöst durch eine Werkzeugeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 5. Die Werkzeugeinrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass ein Antrieb für den Formstem¬ pel mit einer Steuereinrichtung gekoppelt ist, durch welche die Umformbewegung des Formstempels in Abhängigkeit von der Position des Formstetnpels ohne feststehenden Gegenhalter kon¬ trolliert so gesteuert wird, dass der Formstempel in einer definierten Endposition gestoppt wird. Das liefert den Vor¬ teil, dass der Formstempel ohne feststehenden Gegenhalter ex¬ akt positionierbar ist. Bei dem Antrieb kann es sich zum Bei¬ spiel um einen elektromotorischen oder um einen servohydrau- lischen Antrieb handeln.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Werkzeugeinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Formstempel durch einen elektromotorischen Antrieb angetrieben ist. Durch den elekt¬ romotorischen Antrieb kann der Formstempel an beliebigen Po¬ sitionen hinreichend lagegenau gestoppt werden. Gegebenen¬ falls können auch andere Antriebssysteme mit hinreichender Positioniergenauigkeit in der Werkzeugeinrichtung eingesetzt werden.
Ein weiteres mögliches Ausführungsbeispiel der Werkzeugein¬ richtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Formstempel durch einen hydraulischen Antrieb angetrieben ist. Das hat den Vorteil, dass relativ große Kräfte auf den Formstempel aufgebracht werden können.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Werkzeugein¬ richtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrich¬ tung mit einer Sensoreinrichtung gekoppelt ist, welche die Position und/oder die Bewegung des Formstempels und/oder der Halteeinrichtung erfasst. Dabei kann die Kopplung eine mecha¬ nische Kopplung und/oder eine optische Kopplung und/oder eine andere geeignete Kopplung sein. Durch die Sensoreinrichtung kann zum Beispiel der Abstand zwischen dem Formstempel und dem umzuformenden Körper erfasst werden. Des Weiteren kann durch die Sensoreinrichtung der Abstand zwischen der Halte¬ einrichtung und dem umzuformenden Körper erfasst werden. Dar¬ über hinaus kann durch die Sensoreinrichtung der Abstand zwi¬ schen dem Formstempel und der Halteeinrichtung erfasst wer- den. Je nach Ausführung der Sensoreinrichtung kann zusätzlich oder alternativ erfasst werden, wenn der Formstempel und/oder die Halteeinrichtung in Kontakt mit dem umzuformenden Körper kommen beziehungsweise kommt.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Werkzeugein¬ richtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrich¬ tung in die Halteeinrichtung integriert ist. Vorzugsweise sind die Halteeinrichtung und die Sensoreinrichtung in einen Grundkörper der Werkzeugeinrichtung integriert . Dadurch ver¬ einfacht sich der Aufbau der erfindungsgemäßen Werkzeugein¬ richtung.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Werkzeugein¬ richtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrich¬ tung mindestens ein bewegbares und in Richtung des umzufor¬ menden Abschnitts vorgespanntes Haltemittel umfasst. Das Hal¬ temittel, das auch als Spannhalter bezeichnet wird, fungiert als Ziehkissen und gewährleistet eine planare Umformfläche an dem umzuformenden Körper.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Werkzeugein¬ richtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrich¬ tung in das Haltemittel integriert ist. Dadurch wird es mög¬ lich, die Bewegung der Halteeinrichtung zu reduzieren, sobald oder bevor das Haltemittel zum ersten Mal in Kontakt mit dem umzuformenden Körper kommt. Die langsamere Bewegung der Hal¬ teeinrichtung liefert den Vorteil, dass die Halteeinrichtung sanfter an dem umzuformenden Körper in Anlage kommt.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Werkzeugein¬ richtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrich¬ tung in eine Messeinrichtung integriert ist, die relativ zu der Halteeinrichtung bewegbar und in Richtung des umzuformen- den Abschnitts vorgespannt ist. Dadurch wird es möglich, die Bewegung der Halteeinrichtung zu reduzieren, sobald die Mess¬ einrichtung zum ersten Mal in Kontakt mit dem umzuformenden Körper kommt. Die langsamere Bewegung der Halteeinrichtung liefert den Vorteil, dass die Halteeinrichtung sanfter an dem umzuformenden Körper in Anlage kommt. Dadurch wird ein vorei¬ lendes, kraftfreies Zurückziehen der Halteeinrichtung ermög¬ licht.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Werkzeugein¬ richtung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Stanzwerkzeug durch die Halteeinrichtung hindurch bewegbar ist. Mit Hilfe des Stanzwerkzeugs kann mindestens ein Durchgangsloch, das zum Beispiel zur Aufnahme von Befestigungsmitteln dient, in dem umzuformenden Abschnitt erzeugt werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Werkzeugein¬ richtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Formstempel an einem Schenkel eines im Wesentlichen L-förmigen Bügels befes¬ tigt ist, dessen anderer Schenkel an einem Grundkδrper der Werkzeugeinrichtung befestigt ist. Der Grundkörper und der Bügel bilden eine Umformzange. Die Halteeinrichtung und der Antrieb für den Formstempel sind vorzugsweise in den Grund¬ körper integriert.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung er¬ geben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispie¬ le im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den An¬ sprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswe¬ sentlich sein. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemä¬ ßen Werkzeugeinrichtung mit einem Formstempel in seiner Ausgangsstellung;
Fig. 2 die Werkzeugeinrichtung aus Figur 1 mit dem Form¬ stempel in der Endstellung;
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Variante der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Werkzeugeinrich¬ tung mit einer bewegbaren Messhülse, wobei sich der Formstempel in seiner Ausgangsstellung befindet, und
Fig. 4 die Werkzeugeinrichtung aus Figur 3 mit dem Form¬ stempel in seiner Endstellung.
In Figur 1 ist eine Werkzeugeinrichtung 1 schematisch darge¬ stellt, die einen Grundkörper 3 umfasst. Der Grundkörper 3 der Werkzeugeinrichtving 1 ist an einem Roboter 4 (Industrie¬ roboter) oder an einem Roboterarm befestigt, so dass der Grundkörper 3 über den Roboter 4 in verschiedenen Richtungen im Raum bewegbar ist.
An dem Grundkörper 3 ist ein im Wesentlichen L-förmiger Bügel 6 so angebracht, dass er in Richtung eines Doppelpfeils 7 hin und her bewegbar ist. Der Bügel 6 ist durch einen elektromo¬ torischen Antrieb 8 angetrieben, der in den Grundkörper 3 der Werkzeugeinrichtung 1 integriert ist. Der Bügel 6 weist einen Schenkel 16 auf, der senkrecht zu einem weiteren Schenkel 17 des Bügels 6 angeordnet ist. Das freie Ende des Schenkels 16 des Bügels 6 ist an dem Grundkörper 3 der Werkzeugeinrichtung 4 in Richtung des Doppelpfeils 7 hin und her bewegbar ge¬ führt.
An dem freien Ende des weiteren Schenkels 17 des Bügels 6 ist ein im Wesentlichen kreiszylinderförmiger Formstempel 10 starr, d.h. nicht relativbewegbar befestigt, wobei sich der Formstempel 10 parallel zu dem Schenkel 16 des Bügels 6 er¬ streckt . An dem Formstempel 10 ist ein federvorgespannter Spannhalter 12 in axialer Richtung des Formstempels 10 hin und her bewegbar geführt. Der Spannhalter 12 hat im Wesentli¬ chen die Gestalt eines Kreiszylindermantels, dessen Innen¬ durchmesser etwas größer als der Außendurchmesser des Form¬ stempels 10 ist, so dass der Formstempel 10 und der Spannhal¬ ter 12 relativ zueinander in axialer Richtung verschiebbar sind.
Gegenüber dem Formstempel 10 ist eine Halteeinrichtung 15 an dem Grundkörper 3 der Werkzeugeinrichtung 1 befestigt. Die Halteeinrichtung 15 weist einen Haltekörper 18 auf, der starr mit dem Grundkörper 3 verbunden ist. Der Haltekörper 18 hat im Wesentlichen die Gestalt eines Kreiszylindermantels, der konzentrisch zu dem Formstempel 10 angeordnet ist. In das dem Formstempel 10 zugewandte Ende des Haltekδrpers 18 ist eine Messsensoreinrichtung 20 beziehungsweise ein Messsystem in¬ tegriert, das Kontaktsensoren und/oder Abstandssensoren uin- fasst.
In dem Haltekörper 18 ist ein federvorgespannter Spannhalter 22 hin und her bewegbar aufgenommen, der im Wesentlichen die Gestalt eines Kreiszylindermantels aufweist, dessen Außen¬ durchmesser kleiner ist als der Innendurchmesser des Halte¬ körpers 18. In dem Spannhalter 22 ist ein Ende eines Stanz¬ werkzeugs 24 aufgenommen, dessen anderes Ende in einer Stanz¬ vorrichtung 25 aufgenommen ist, die in den Grundkörper 3 in¬ tegriert ist.
Zwischen dem Formstempel 10 und der Halteeinrichtung 15 ist ein Körper 27 mit einem umzuformenden Abschnitt 28 angeord¬ net. Der umzuformende Abschnitt 28 weist eine Oberfläche 29, die dem Formstempel 10 zugewandt ist, und eine Oberfläche 30 auf, die der Halteeinrichtung 15 zugewandt ist.
Im Betrieb wird die Werkzeugeinrichtung 1, die auch als Um¬ formzange bezeichnet wird, mit Hilfe des Roboters 4 in die in Figur 1 dargestellte Ausgangsposition gebracht. Der Bügel 6 mit dem Formstempel 10 ist in Richtung des Doppelpfeils 7 re¬ lativ zu dem Grundkδrper 3 der Werkzeugeinrichtung 1 über den elektromotorischen Antrieb 8, der mit dem integrierten Weg¬ messsystem 20 gekoppelt ist, exakt positionierbar. Die erfin¬ dungsgemäße Werkzeugeinrichtung und das erfindungsgemäße Ver¬ fahren dienen dazu, den umzuformenden Abschnitt 28 an dem we¬ niger genau positionierten Körper 27 um einen solchen Betrag umzuformen, dass dessen Oberflächen 29 -und somit auch indi¬ rekt dessen Oberfläche 30- demgegenüber in einer genau defi¬ nierten Position zu liegen kommen.
Der Haltekörper 18 wird durch Verfahren der Werkzeugeinrich¬ tung 1 mit Hilfe des Messsystems 20, das Weg- oder Kontakt¬ sensoren umfasst, im Bereich der umzuformenden Oberfläche 30 des aus Blech gebildeten Körpers 27 in Position gebracht. Dies kann zum einen durch berührungsloses Annähern oder be¬ rührendes Antasten an die Oberfläche 30 erfolgen. Anschlie¬ ßend wird eine weggesteuerte Schiebebewegung des Bügels 6 und somit des Formstempels 1 auf den umzuformenden Abschnitt 28 zu bis zu einer mit Hilfe des Messsystems 20 ermittelten End¬ position ausgelöst. Dabei erfolgt gleichzeitig eine Relativ¬ bewegung des Umformstempels 10 zum federvorgespannten Spann¬ halter 12 in axialer Richtung.
Die mit Hilfe des WegmessSystems 20 ermittelte Endposition des Formstempels 10 ist in Figur 2 dargestellt. In Figur 2 sieht man auch, dass sich der Haltekörper 18 in Anlage an der Oberfläche 30 des umzuformenden Abschnitts 28 befindet. Das freie Ende des Formstempels 10 befindet sich nicht in An¬ schlag an einem Teil der Halteeinrichtung 15. Das freie Ende des Formstempels 10 befindet sich lediglich in Anlage an dem umzuformenden Abschnitt 28. Die in Figur 2 dargestellte End¬ position des Formstempels 10 wird weggesteuert über den e- lektromotorischen Antrieb 8 eingenommen.
Um eine unerwünschte Aufbiegung des Bügels 6 und die damit zusammenhängende Ungenauigkeit der Umformtiefe beziehungswei¬ se Prägetiefe zu kompensieren, kann ein Korrekturwert anhand einer Kennlinie ermittelt und als zusätzliche Prägetiefe zu¬ gestellt werden. In der in Figur 2 dargestellten Umformstel¬ lung der Werkzeugeinrichtung 1 befindet sich der umzuformende Körperabschnitt 28 des Körpers 27 mit seiner Oberfläche 29 in der definierten Endposition, wobei diese definierte Endposi¬ tion unabhängig von dem federgelagerten Spannhalter 22 erhal¬ ten wird. Der Spannhalter 22 dient lediglich als Ziehkissen, das sich zusammen mit dem umzuformenden Abschnitt 28 gegen die Federvorspannkraft bewegt,
Als letzter Verfahrensschritt wird der positionsgenau umge¬ formte Abschnitt 28 mit Hilfe des Stanzwerkzeugs 24 gelocht.
In den Figuren 3 und 4 ist ein ähnliches Ausführungsbeispiel wie in den Figuren 1 und 2 schematisch dargestellt. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Um Wiederho¬ lungen zu vermeiden, wird auf die vorangegangene Beschreibung der Figuren 1 und 2 verwiesen. Im Folgenden wird nur auf die Unterschiede zwischen den beiden Ausführungsbeispielen einge¬ gangen.
Bei dem in den Figuren 3 und 4 dargestellten Ausführungsbei¬ spiel ist eine im Wesentlichen kreiszylindermantelförmige Messhülse 40 am äußeren Umfang des Haltekörpers 18 in axialer Richtung gegen die Vorspannkraft einer Feder verschiebbar ge¬ führt. Die federgelagerte Messhülse 40 umfasst ein integrier¬ tes Wegmesssystem mit Kontakt- und/oder Abstandssensoren. Die Messhülse 40 liefert den Vorteil, dass die Verfahrgeschwin¬ digkeit des Roboters 4 reduziert werden kann, sobald die Messhülse 40 in Kontakt mit der Oberfläche 30 des umzuformen¬ den Abschnitts 28 kommt. Dadurch kann der Roboter 4 entlang des Restverfahrweges des Haltekörpers 18 bis zu der Oberflä¬ che 30 des umzuformenden Abschnitts 28 langsamer bewegt wer¬ den, um ein sanftes Inanlagekommen des starren Haltekörpers 18 an der Oberfläche 30 des umzuformenden Abschnitts 28 zu ermöglichen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Umformen mindestens eines Abschnitts (28) an einem weniger genau positionierten Körper (27) um ei¬ nen solchen Betrag, dass der umzuformende Abschnitt (28) demgegenüber in einer genauer definierten Position liegt, mittels einer Werkzeugeinrichtung (1) , die mindestens ei¬ ne Halteeinrichtung (15) und mindestens einen in Richtung der Halteeinrichtung (15) bewegbaren Formstempel (10) aufweist, wobei der umzuformende Abschnitt (28) zwischen der Halteeinrichtung (15) und dem Formstempel (10) ange¬ ordnet ist, mit folgenden Schritten: Die Halteeinrichtung
(15) wird an dem umzuformenden Abschnitt (28) positio¬ niert; der umzuformende Abschnitt (28) wird durch eine Bewegung des Formstempels (10) in Richtung der Halteein¬ richtung (15) umgeformt, dadurch gekennzeichnet, dass die Umformbewegung des Formstempels (10) in Abhän¬ gigkeit von der Position des Formstempels (10) ohne fest¬ stehenden Gegenhalter kontrolliert so gesteuert wird, dass der Formstempel in einer definierten Endposition ge¬ stoppt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Formstempel (10) in Abhängigkeit von der Positi¬ on des Formstempels (10) angetrieben wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Position und/oder die Bewegung des Formstempels erfasst werden/wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Korrekturwert ermittelt wird, der in Form einer zusätzlichen Kompensationsbewegung des Formstempels be¬ rücksichtigt wird.
5. Werkzeugeinrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit mindestens einer Halteeinrichtung (15) und mit mindestens einem in Rich¬ tung der Halteeinrichtung bewegbaren Formstempel (10) , wobei der umzuformende Abschnitt (28) zwischen der Halte¬ einrichtung (15) und dem Formstempel (18) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Antrieb für den Formstempel (10) mit einer Steu¬ ereinrichtung gekoppelt ist, durch welche die Umformbewe¬ gung des Formstempels (10) in Abhängigkeit von der Posi¬ tion des Formstempels (10) ohne feststehenden Gegenhalter kontrolliert so gesteuert wird, dass der Formstempel in einer definierten Endposition gestoppt wird.
6. Werkzeugeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Formstempel (10) durch einen elektromotorischen Antrieb (8) angetrieben ist.
7. Werkzeugeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Formstempel (10) durch einen hydraulischen An¬ trieb (8) angetrieben ist.
8. Werkzeugeinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung mit einer Sensoreinrichtung (20;40) gekoppelt ist, welche die Position und/oder die Bewegung des Formstempels (10) und/oder der Halteeinrich¬ tung (15) erfasst.
9. Werkzeugeinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (20) in die Halteeinrichtung (15) integriert ist.
10. Werkzeugeinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung (15) mindestens ein bewegbares und in Richtung des umzuformenden Abschnitts (28) vorge¬ spanntes Haltemittel (22) umfasst.
11. Werkzeugeinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung in das Haltemittel (22) integ¬ riert ist.
12. Werkzeugeinrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung in eine Messeinrichtung (40) integriert ist, die relativ zu der Halteeinrichtung (15) bewegbar und in Richtung des umzuformenden Abschnitts (28) vorgespannt ist.
13. Werkzeugeinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stanzwerkzeug (24) durch die Halteeinrichtung (15) hindurch bewegbar ist.
14. Werkzeugeinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Formstempel (10) an einem Schenkel (17) eines im Wesentlichen L-förmigen Bügels (6) befestigt ist, dessen anderer Schenkel (16) an einem Grundkörper (3) der Werk¬ zeugeinrichtung (1) angebracht ist.
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