WO2015014689A1 - Vorrichtung zum umformen von metallen - Google Patents

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WO2015014689A1
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Michael Wolf
Matthias MIHM
Alexander Müller
Ottmar Lehr
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Allgaier Werke Gmbh
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    • B21D5/04—Bending sheet metal along straight lines, e.g. to form simple curves on brakes making use of clamping means on one side of the work

Definitions

  • An important area is the molding of a collar on a workpiece made of steel, for example a sheet steel plate made of the material of the plate. See, for example, DE 10 2006 029 124 B4 and DE 1 916 826.
  • the workpiece is placed on a die.
  • the die has a bore adjacent to the workpiece.
  • a sharpened punch a hole is pressed into the workpiece, thereby pulling material out of the sheet plane and into the hole in the die.
  • This principle is used particularly in the automotive industry. In the described forming process, it comes within the forming zone to stresses the workpiece. So when putting the collar in the
  • Sheet edge essentially tensile stresses effectively.
  • the achievable collar height is limited. The smaller the ratio of collar diameter to collar height, the higher the risk of tearing of the material in the collar region.
  • the invention has for its object to provide a device for molding a collar to a workpiece made of sheet metal, especially to a metal plate or the like, which although the forming process improved and the risk of tearing of the collar is reduced, but at the same time retain the strength of the tools involved.
  • the inventors have recognized that they must search for a solution in which, although the forming area of the workpiece is heated, but not the tool, in particular the stamp. It was therefore necessary to search for a system based on the principle of "hot workpiece, cold tool".
  • Sheet metal component located to the die or another below the
  • the punch is used as the upper component, and the lower component forms the die.
  • the punch and the die must be made of a high-strength, but at the same time highly electrically conductive material.
  • the stamp is preferably made of a material that not only conducts the current well, but also has a high strength, even when heated.
  • the stamp may be constructed of two materials, namely a material which is electrically conductive and which does not have to have high strength, and a second material which is less electrically conductive but high strength.
  • the electrically highly conductive material may, for example, form the core of the stamp, and the other, high-strength material, the jacket.
  • a can be placed on the metal plate, surrounding the stamp sleeve of good electrical conductivity material; the sleeve serves as a hold-down.
  • the lower member is a counter-holder, inserted in the bore of the die, of a material that conducts electrical current well.
  • the second alternative is particularly advantageous. In this case, there is no heating of the stamp instead, because the current is not passed through the stamp, but by said hold-down and the anvil.
  • Forming area thus focused on a narrow area.
  • the tool on the other hand, remains essentially cold.
  • Forming (pulling) of collar is reduced. This saves weight, but also costs.
  • FIG. 2 illustrates a first variant of FIG. 2.
  • FIG. 2 illustrates another variant of FIG. 2.
  • Figure 5 illustrates the embodiment of Figure 4 after forming the
  • Figure 6 illustrates the shearing off of a sheet metal plate as another
  • Figure 7 illustrates the folding of a metal plate as another
  • Figure 8 illustrates a buckling of a metal plate as another
  • FIG. 9 illustrates a modified embodiment of FIG. 8.
  • Figure 10 shows an apparatus for cutting relatively large holes in a
  • Figure 1 1 shows a device for cutting relatively small holes in a
  • the device shown comprises a punch 1 and a die 2. This further comprises a conductive electric heater with a power source 3. Stamp 1 is surrounded by a sleeve-shaped hold-5. Between these two, a heat-insulating coating or a heat-insulating sleeve 7 is provided.
  • a metal plate 4 made of high-strength steel is placed on the die 2.
  • Die 2 is made of electrically highly conductive material, such as copper.
  • stamp 1 is essentially made of hard, high-strength steel. However, it is traversed by electrical conductors, which extend from the upper end of the punch 1 to the tip portion and are arranged so that they come in the forming process with the metal plate 4 in the conductive contact. As a result, the main part of the stamp is not or hardly heated, and thus maintains its strength.
  • the said electrical conductors can be arranged such that they are exposed at several points of the lateral surface of the punch, so that even with a downward movement of the punch 1 always a conductive connection to the metal plate 4 prevails, and thus a current flow.
  • the electrical conductors may be electrically isolated from the stamp 1.
  • Counterholder 6 is displaceable in the vertical direction, with or without die 2.
  • the flow of current passes through the hold-down device 5 through the metal plate 4 and through the counter-holder 6.
  • the punch 1 is completely free of current flow and is therefore not actively heated. It may therefore be a tool steel of conventional quality, or a heat-working steel.
  • the hold-down 5 does not need to have great strength. It can be made of copper. In any case, it should consist of a material with good electrical conductivity.
  • stamp 1, die 2, sheet metal plate 3 are visible.
  • the illustration and effect of an electrical heating device are omitted here. Nevertheless, such is available.
  • the forming process is as follows: The metal plate 4 is initially on the die 2. Downholder 5 moves down and sits on the metal plate 4, so that a current flow is activated and the
  • Forming zone is heated.
  • the punch then moves further down, and the hold-down 5 springs. Shortly before touching the stamp on the metal plate 4, the power is turned off, and the counter-holder 6 away. The collar is put through.
  • stamp 1 is equipped with a rotary drive, not shown here.
  • stamp 1 and therefore thread former 1 .2 are put into circulation.
  • the resulting collar (not shown) formed a thread through which a screw can be passed.
  • the collar 4.2 is seen - in one piece with the rest of the metal plate 4.
  • the embodiment according to FIG. 6 involves the shearing off of a metal plate 4.
  • the tool used is a cutting punch 10 on one side of the metal plate 4 and a cutting die 11 on the other side of the metal plate 4.
  • the cutting of the cutting punch 10 and the cutting die 1 1 are opposite to each other.
  • An electric heater not shown here, is provided which generates a current flow from one to the other copper rail.
  • the flow of current in turn passes through the center of the forming zone 14.
  • FIGS. 8 and 9 involves the production of a bulge in a metal plate 4.
  • the metal plate has that shape, which is predetermined by the contour of die 2 and plate holder 15.
  • a punch 1, a die 2 and a sheet metal holder 15 can again be seen. Between these, a sheet metal plate 4 has already been deformed.
  • the device shown in Figure 10 is used for cutting relatively large holes or slots. You can see the workpiece in the form of a sheet 4. On the upper side of the sheet is a plunger 100. With this is a
  • Copper block 24 firmly connected. Between plunger 100 and copper block 24 springs 25 are connected. The cutting die 26 is enclosed by a copper ring 27. Between cutting die 26 and copper insert 27 is expediently again insulation - not shown here.
  • Counter-holder 6 made of gray cast iron and a copper insert 27 which is inserted into the anvil 6.
  • Copper electrodes 28 are connected springs 25.
  • a cutting die 26 On the lower side of the sheet is a cutting die 26, which is designed so that punch 1 can enter into the bore.
  • the cutting die 26 is enclosed by a ceramic ring 30. Ceramic ring 30 is embedded in a counter-holder 6, for example, again from gray cast iron.
  • the sheet is in the state shown on the cutting die 26, the copper ring 30 and on the anvil 6.
  • the spring-loaded copper electrodes 28 are pressed against the sheet 4, and a voltage is applied so that current flows from one electrode to the other.
  • the ceramic ring surrounding the cutting die 26 prevents a flow of current through the cutting die 26 or the surrounding cast body 6.
  • the sheet 4 is heated locally. If the plunger 100 continues to move downwards, the metal sheet 4 is further heated. Shortly before the cutting punch 1 touches the sheet 4, the power is turned off, and then the sheet 4 is cut.
  • a hold-down 5 Above the sheet is a hold-down 5, and below a cutting die 26. Right next to it above the sheet 4, a cutting blade 31, further an electrode 28. Below the sheet there is a counter-holder. 6
  • a forming of a metal sheet 4 is concerned. Above the metal sheet there is a die 2, and below a stamp 1. Similar to the embodiment according to FIG. 8, again two electrodes are provided, namely a positive electrode 19 and a negative electrode 20.
  • the forming zone is heated and the power is switched off again.
  • the ceramic inserts 33, 34 prevent the flow from flowing through the die 2.
  • direct current or low frequency alternating current can be used for heating.
  • individual elements of the device can be interchanged with each other, such as punch and die.
  • the working direction of the punch may differ from the vertical.
  • the essence of the invention is that exclusively or predominantly the workpiece is heated.
  • the tool is not heated, or only to a small extent, so that strength is only slightly reduced.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bearbeiten eines Werkstückes, umfassend die folgenden Merkmale: - eine Stempel auf der einen Seite des Werkstückes - eine Matrize auf der gegenüberliegenden Seite des Werkstückes; - eine konduktive elektrische Heizung zum Erzeugen eines durch das Werkstück hindurchfließenden elektrischen Stromes, ausgehend von einem auf der einen Seite des Werkstückes außerhalb des Stempels befindlichen Bauteil zu einem auf der anderen Seite des Werkstückes außerhalb der Matrize befindlichen Bauteil.

Description

Vorrichtung zum Umformen von Metallen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Umformen von Metallen, insbesondere das Anformen von Teilen, wie das Formen eines Kragens.
Ein wichtiges Teilgebiet ist das Anformen eines Kragens an ein Werkstück aus Stahl, zum Beispiel eine Stahlblechplatte aus dem Material der Platte. Siehe zum Beispiel DE 10 2006 029 124 B4 sowie DE 1 916 826. Das Werkstück wird auf eine Matrize aufgelegt. Die Matrize weist eine Bohrung auf, die an das Werkstück angrenzt. Sodann wird mit einem angespitzten Stempel ein Loch in das Werkstück gedrückt und dabei Material aus der Blechebene heraus und in die Bohrung in der Matrize hineingezogen. Hierbei entsteht ein Kragen, der Bestandteil des Werkstücks bleibt. Das genannte Prinzip wird besonders in der Automobilindustrie angewandt. Bei dem beschriebenen Umformvorgang kommt es innerhalb der Umformzone zu Beanspruchungen des Werkstückes. So sind beim Aufstellen des Kragens in der
Blechkante im Wesentlichen Zugspannungen wirksam. Die erreichbare Kragenhöhe ist begrenzt. Je kleiner das Verhältnis von Kragendurchmesser zu Kragenhöhe ist, umso höher ist die Gefahr eines Einreißens des Materiales im Kragenbereich.
Das Misslingen des Umformens ist ein großes Problem. Es wird gelegentlich erst beim Gebrauch erkennbar. In einem solchen Falle ist das Ausbauen schadhafter Teile und das Ersetzen durch einwandfreie Teile besonders aufwändig. Es wurde bereits versucht, den Ziehvorgang zu optimieren durch Anwenden von Wärme. So hat man beispielsweise bereits den Stempel angewärmt, um Wärme auf die
Umformzone des Werkstückes - zum Beispiel der Blechplatte - aufzubringen. Dies hat jedoch den Nachteil, dass der Stempel durch seine Erwärmung seine Festigkeit verliert und somit nur eine geringe Standzeit hat.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Anformen eines Kragens an ein Werkstück aus Blech, vor allem an eine Blechplatte oder dergleichen anzugeben, womit zwar der Umformprozess verbessert und die Gefahr des Reißens des Kragens vermindert wird, gleichzeitig jedoch die beteiligten Werkzeugelemente ihre Festigkeit beibehalten.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
Die Erfinder haben erkannt, dass sie nach einer Lösung suchen müssen, bei welcher zwar der Umformbereich des Werkstückes erwärmt wird, nicht aber das Werkzeug, insbesondere der Stempel. Es musste somit nach einem System gesucht werden nach dem Prinzip„warmes Werkstück, kaltes Werkzeug".
Die erfindungsgemäße Lösung liegt in Folgendem:
Vorsehen einer induktiven elektrischen Heizeinrichtung zum Erzeugen eines
Stromflusses, ausgehend vom Stempel oder von einem anderen oberhalb der
Blechplatte befindlichen Bauteil zur Matrize oder einem anderen unterhalb der
Blechplatte befindlichen Bauteil.
Hierzu gibt es zwei erfindungsgemäße Alternativen: Gemäß der ersten Alternative wird als oberes Bauteil der Stempel verwendet, und das untere Bauteil bildet die Matrize. In diesem Falle müssen der Stempel sowie die Matrize aus einem hochfesten, zugleich aber elektrisch gut leitenden Material bestehen. Dabei ist der Stempel vorzugsweise aus einem Material hergestellt, das nicht nur den Strom gut leitet, sondern auch eine hohe Festigkeit aufweist, auch bei Erwärmung. Gemäß einer interessanten Ausführungsform kann der Stempel aus zwei Materialien aufgebaut sein, nämlich ein Material, das elektrisch leitfähig ist, und das keine hohe Festigkeit haben muss, und einem zweiten Material, das elektrisch weniger gut leitfähig, aber dafür hochfest ist. Das elektrisch gut leitfähige Material kann beispielsweise den Kern des Stempels bilden, und das andere, hochfeste Material den Mantel.
Gemäß der zweiten Alternative wird als oberes Bauteil eine auf die Blechplatte aufsetzbare, den Stempel umgebende Hülse aus elektrisch gut leitendem Material verwendet; die Hülse dient als Niederhalter. Das untere Bauteil ist ein in die Bohrung der Matrize eingesetzter Gegenhalter aus einem Material, das elektrischen Strom gut leitet. Die zweite Alternative ist besonders vorteilhaft. Hierbei findet nämlich keine Erwärmung des Stempels statt, da der Strom nicht durch den Stempel, sondern durch den genannten Niederhalter und dem Gegenhalter hindurchgeführt wird.
Durch die Erfindung wird die gestellte Aufgabe auf hervorragende Weise gelöst:
Es wird im Wesentlichen nur das Werkstück erwärmt, und auch nur im
Umformbereich, somit auf einen engen Bereich fokussiert. Das Werkzeug hingegen bleibt im Wesentlichen kalt.
Es lassen sich auch Zuschnitte oder Formteile aus hochfestem, dünnem Blech verwenden, weil aufgrund der Erfindung die Gefahr des Ausreißens beim
Umformen (Ziehen) von Kragen verringert wird. Hierdurch wird an Gewicht gespart, aber auch an Kosten.
Weitere interessante Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Figurenbeschreibung.
Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist im Einzelnen folgend dargestellt: veranschaulicht eine erste Version. Man erkennt einen Stempel sowie eine Matrize, einen Niederhalter, ferner ein Werkstück. veranschaulicht eine zweite Version. Man erkennt wiederum Stempel, Matrize und Werkstück, ferner eine den Stempel umgebende Hülse, sowie einen Gegenhalter in der Matrize. veranschaulicht eine erste Variante von Figur 2. veranschaulicht eine weitere Variante von Figur 2.
Figur 5 veranschaulicht die Ausführungsform von Figur 4 nach dem Umformen des
Kragens. Figur 6 veranschaulicht das Abscheren einer Blechplatte als weiteren
Anwendungsfall der Erfindung.
Figur 7 veranschaulicht das Abkanten einer Blechplatte als weiteren
Anwendungsfall der Erfindung.
Figur 8 veranschaulicht ein Ausbeulen einer Blechplatte als weiteren
Anwendungsfall der Erfindung.
Figur 9 veranschaulicht eine abgewandelte Ausführungsform von Figur 8.
Figur 10 zeigt eine Vorrichtung zum Schneiden relativ großer Löcher in ein
Werkstück.
Figur 1 1 zeigt eine Vorrichtung zum Schneiden relativ kleiner Löcher in ein
Werkstück.
Figur 12 zeigt eine Vorrichtung zum Herstellen offener Schnitte. Figur 13 zeigt eine Vorrichtung zum Umformen eines Werkstückes. Aus Figur 1 erkennt man im Einzelnen Folgendes:
Die dargestellte Vorrichtung umfasst einen Stempel 1 sowie eine Matrize 2. Diese umfasst ferner eine konduktive elektrische Heizeinrichtung mit einer Stromquelle 3. Stempel 1 ist von einem hülsenförmigen Niederhalter 5 umgeben. Zwischen diesen beiden ist eine wärmeisolierende Beschichtung oder eine wärmeisolierende Hülse 7 vorgesehen.
Auf die Matrize 2 ist eine Blechplatte 4 aus hochfestem Stahl aufgelegt.
Stempel 1 besteht aus Material, das hochfest ist. Stempel 1 weist eine Spitze 1 .1 auf. Diese dringt in eine Bohrung 4.1 in der Blechplatte 4 ein. Die Bohrung kann vor dem Umformvorgang bereits in die Blechplatte 4 eingebracht sein. Die Blechplatte 4 kann aber auch keine Bohrung aufweisen, sodass der Stempel 1 die Bohrung beim Eindrücken in die Blechplatte 4 erst schafft. Der Stempel 1 kann auch stumpf sein. Auch kann die Form des vorderen Stempelendes an die Anforderungen des Umformvorganges angepasst sein.
Wie veranschaulicht, herrscht ein Stromfluss 3.1 , ausgehend von der elektrischen Stromquelle 3 durch den elektrisch gut leitfähigen Niederhalter 5 hindurch, weiterhin durch einen gewissen Umformbereich der Blechplatte 4, und sodann zur Matrize 2. Matrize 2 besteht aus elektrisch gut leitendem Material, beispielsweise Kupfer.
Bei der Darstellung gemäß Figur 1 befindet sich der Umformvorgang gerade in einer Anfangsphase. Ist der Umformvorgang vollendet, so ist die Bohrung 4.1 aufgeweitet zur Gestalt des gewünschten Kragens - hier nicht dargestellt. Der Kragen hat sodann eine lichte Weite, die gleich dem Durchmesser des Stempels 1 ist. Wie dies aussieht, erkennt man aus Figur 5. Eine folgende interessante Abwandlung von Figur 1 sieht wie folgt aus (hier nicht dargestellt): Stempel 1 ist im Wesentlichen aus hartem, hochfesten Stahl hergestellt. Er ist jedoch von elektrischen Leitern durchzogen, die vom oberen Ende des Stempels 1 bis zum Spitzenbereich hindurchreichen und derart angeordnet sind, dass sie beim Umformvorgang mit der Blechplatte 4 im leitenden Kontakt gelangen. Hierdurch wird der Hauptteil des Stempels nicht oder kaum erwärmt, und behält somit seine Festigkeit bei. Die genannten elektrischen Leiter können derart angeordnet sein, dass sie an mehreren Stellen der Mantelfläche des Stempels freiliegen, sodass auch bei einer Abwärtsbewegung des Stempels 1 stets eine leitende Verbindung zur Blechplatte 4 herrscht, und damit auch ein Stromfluss. Die elektrischen Leiter können gegen den Stempel 1 elektrisch isoliert sein.
Bei der Ausführungsform gemäß Figur 2 sind wiederum die genannten Bauteile von Figur 1 vorhanden, nämlich Stempel 1 mit Stempelspitze 1 .1 , Matrize 2 mit Matrizenbohrung 2.1 , eine elektrische Heizeinrichtung 3. Man erkennt wiederum die Blechplatte 4 mit Bohrung 4.1 . Generell muss eine Bohrung nicht vorgesehen werden. Auch hier ist ein hülsenförmiger Niederhalter 5 vorgesehen. Dieser hat drei Funktionen. Zum einen dient er als Niederhalter, zum anderen als Stromleiter, und schließlich als Abstreifer. Ein weiterer Unterschied zur Ausführungsform gemäß Figur 1 ist ein Gegenhalter 6.
Dieser befindet sich in der Bohrung 2.1 der Matrize. Gegenhalter 6 ist in vertikaler Richtung verschiebbar, mit oder ohne Matrize 2.
Der Stromfluss verläuft durch den Niederhalter 5 durch die Blechplatte 4 sowie durch den Gegenhalter 6.
Auch bei dieser Ausführungsform ist der Stempel 1 völlig frei von Stromdurchfluss und wird daher auch nicht aktiv erwärmt. Es kann sich daher um einen Werkzeugstahl üblicher Qualität handeln, oder einen Wärmearbeitsstahl.
Zwischen dem Stempel 1 und dem Niederhalter 5 kann ein Luftspalt bestehen. Dies muss aber nicht so sein.
Der Niederhalter 5 braucht keine große Festigkeit zu haben. Er kann aus Kupfer bestehen. Jedenfalls sollte er aus einem elektrisch gut leitenden Material bestehen.
Gleiches gilt für den Gegenhalter 6.
Das Material der Matrize 2 ist in diesem Falle ohne Bedeutung. Es kann jegliches Material sein - Stahl oder Kupfer, besser aber ein wenig wärmeleitendes Material, sodass die vom Strom erzeugte Wärme auf den eigentlichen Umformbereich beschränkt bleibt.
Bei der Ausführungsform gemäß Figur 3 sieht man wiederum Stempel 1 , Matrize 2, Blechplatte 3. Auf die Darstellung und Wirkung einer elektrischen Heizeinrichtung ist hierbei verzichtet. Gleichwohl ist eine solche vorhanden.
Bei Figur 3 ist das maßgebliche Bauteil eine isolierende Beschichtung 7. Diese kann eine Hülse oder ein Belag sein.
Der Umformvorgang verläuft wie folgt: Die Blechplatte 4 liegt zunächst auf der Matrize 2 auf. Niederhalter 5 bewegt sich nach unten und setzt auf die Blechplatte 4 auf, sodass ein Stromfluss aktiviert und die
Umformzone erwärmt wird. Der Stempel bewegt sich sodann weiter nach unten, und der Niederhalter 5 federt ein. Kurz vor Berührung des Stempels an der Blechplatte 4 wird der Strom abgeschaltet, und der Gegenhalter 6 weggesteuert. Der Kragen wird durchgestellt.
Das besondere an der Ausführungsform gemäß Figur 4 ist ein Gewindeformer 1 .2 an Stempel 1 . Stempel 1 ist mit einem hier nicht gezeigten Drehantrieb ausgestattet.
Wandert er nach unten, so wird Stempel 1 und damit Gewindeformer 1 .2 in Umlauf versetzt. Damit wird dem entstehenden Kragen (nicht gezeigt) ein Gewinde angeformt, durch das eine Schraube hindurchgeführt werden kann.
Bei der Ausführungsform gemäß Figur 5 sieht man erstmals den Kragen 4.2 - einteilig mit der übrigen Blechplatte 4.
Bei dieser Figur sieht man wiederum einen Gewindeformer 1 .2, so wie bei der
Ausführungsform gemäß Figur 4, und eine Isolierbeschichtung 7, so wie bei der
Ausführungsform gemäß Figur 3.
Reicht das Umformvermögen eines bestehenden Kragens für das Gewindeformen nicht aus, so kann dieser ebenfalls aktiv erwärmt werden.
Bei der Ausführungsform gemäß Figur 6 geht es um das Abscheren einer Blechplatte 4. Als Werkzeug dient ein Schneidstempel 10 auf der einen Seite der Blechplatte 4 und eine Schneidmatrize 1 1 auf der anderen Seite der Blechplatte 4.
Die Schneiden des Schneidstempels 10 und der Schneidmatrize 1 1 liegen einander gegenüber.
Man erkennt ferner zwei Schienen 12, 13 aus elektrisch gut leitendem Material, zum Beispiel Kupferschienen. Auch diese liegen sich gegenüber, und zwar spiegelbildlich oder punktsymmetrisch. Die Verbindungslinie zwischen den Schneiden von Schneidstempel 10 und Schneidmatrize 1 1 verlaufen durch das Zentrum einer
Umformzone 14.
Eine hier nicht gezeigte elektrische Heizeinrichtung ist vorgesehen, die einen Stromfluss von der einen zur anderen Kupferschiene erzeugt. Der Stromfluss verläuft wiederum durch das Zentrum der Umformzone 14. Damit wird ein Schneiden ermöglicht, bei dem der Schnittschlag und die Schnittkraft gering sind.
Eine weitere Ausführungsform ist in Figur 7 dargestellt. Dabei geht es um das Abkanten einer Blechplatte 4. Man erkennt einen Blechhalter 15 sowie eine Matrize 2. Diese beiden liegen einander gegenüber und klemmen die Blechplatte 4 zwischen sich ein. Sie können auch gegeneinander versetzt sein. Ferner arbeiten ein Stempel 1 und ein Gegenhalter 6 zusammen. Der abgekantete Randbereich der Blechplatte 4 befindet sich zwischen zwei elektrischen Kontakten 16, 17. Kontakt 16 ist durch Isolieren des Material 7 gegen Stempel 1 isoliert, und zwar zumindest bezüglich eines Wärmeübergangs, aber auch bezüglich eines elektrischen Stromflusses. Gleiches kann vorgesehen werden zwischen Kontakt 17 und Gegenhalter 6.
Auch hier wird durch das Aufheizen der Blechplatte 4 beziehungsweise von deren Randbereich das Abkanten erleichtert.
Bei der Ausführungsform gemäß der Figuren 8 und 9 geht es um das Herstellen einer Beule in einer Blechplatte 4.
Zunächst zur Ausführung gemäß Figur 8. Beim Zusammenfahren oder nach dem
Zusammenfahren von Stempel 15 und Matrize 2 federn Leiter 18, 19, 20 in Stempel 15 beziehungsweise Matrize 2 ein. Matrize 2 ist gegen Leiter 18 durch eine Hülse 7 isoliert, vor allem gegen Wärmeübergang. Ähnliche Hülsen können die Leiter 19 und 20 umschließen, um ein Isolieren des Stempels 15 zu erzielen. Das Einfedern kann auch zwangsweise gesteuert werden. In bearbeitetem Zustand, das heißt nach dem
Umformen, hat die Blechplatte jene Gestalt, die durch die Kontur von Matrize 2 und Blechhalter 15 vorgegeben ist. Bei der Ausführungsform gemäß Figur 9 erkennt man wiederum einen Stempel 1 , eine Matrize 2 sowie einen Blechhalter 15. Zwischen diesen ist eine Blechplatte 4 bereits verformt.
Man erkennt wiederum zwei obere Leiterschienen 21 , 22 sowie eine untere Leiterschiene 23. Die untere Leiterschiene ist durch eine Isolierung 24 gegen Blechhalter 15
abgeschirmt. Die in Figur 10 gezeigte Vorrichtung dient dem Schneiden verhältnismäßig großer Löcher oder von Schlitzen. Man sieht wiederum das Werkstück in Gestalt eines Bleches 4. Auf der oberen Seite des Bleches befindet sich ein Stößel 100. Mit diesem ist ein
Kupferblock 24 fest verbunden. Zwischen Stößel 100 und Kupferblock 24 sind Federn 25 geschaltet. Die Schneidmatrize 26 ist von einem Kupferring 27 umschlossen. Zwischen Schneidmatrize 26 und Kupfereinlage 27 befindet sich zweckmäßigerweise wieder eine Isolierung - hier nicht gezeigt.
Auf der gegenüberliegenden Seite des Bleches befindet sich eine Schneidmatrize 26. Diese ist von einem Gegenhalter 6 umschlossen, beispielsweise ein Graugusskörper. Neben einem Keramikring 28 befindet sich eine Schneidmatrize 26, ferner ein
Gegenhalter 6 aus Grauguss sowie eine Kupfereinlage 27, die in den Gegenhalter 6 eingelegt ist.
Die Vorrichtung kann zum Schneiden eines Loches oder eines Schlitzes dienen. Handelt es sich um ein Loch, so sind sowohl der Schneidstempel 1 als auch die Schneidmatrize 26 ringförmig, desgleichen die Kupfereinlage 27.
Beim Herabfahren des Stößels 100 wird der gefederte Kupferbock 24 gegen das Blech 4 gedrückt. Damit besteht ein elektrischer Kontakt von Kupferblock 24 zu Kupfereinlage 27. Werden diese beiden an eine Stromquelle angeschlossen, so fließt ein Strom, der die Schneidzone des Bleches 4 erwärmt. Die Erwärmung erfolgt beim weiteren
Abwärtsfahren des Stößels 100, wobei der Kupferblock 24 einfedert. Kurz bevor der Schneidstempel 1 das Blech 4 berührt, wird der Strom abgeschaltet und das Blech geschnitten. Bei der Ausführungsform gemäß Figur 1 1 sieht man wiederum ein Blech 4. Oberhalb des Bleches 4 befindet sich ein auf- und abgehender Stößel 100. An diesem ist ein
Schneidstempel 1 befestigt.
Man erkennt ferner Kupferelektroden 28. Zwischen den Stößel 100 und die
Kupferelektroden 28 sind Federn 25 geschaltet.
Auf der unteren Seite des Bleches befindet sich eine Schneidmatrize 26, die derart gestaltet ist, dass Stempel 1 in deren Bohrung einfahren kann. Die Schneidmatrize 26 ist von einem Keramikring 30 umschlossen. Keramikring 30 ist in einen Gegenhalter 6 eingebettet, beispielsweise wieder aus Grauguss. Das Blech liegt im dargestellten Zustand auf der Schneidmatrize 26, dem Kupferring 30 sowie auf dem Gegenhalter 6 auf. Beim Herabfahren des Stößels 100 werden die gefederten Kupferelektroden 28 gegen Blech 4 angedrückt, und es wird eine Spannung angelegt, sodass Strom von einer Elektrode zur anderen fließt. Der die Schneidmatrize 26 umgebende Keramikring verhindert dabei einen Stromfluss durch die Schneidmatrize 26 oder den umgebenden Gusskörper 6. Es wird somit nur das Blech 4 lokal erwärmt. Fährt der Stößel 100 weiter nach unten, so wird das Blech 4 weiter erwärmt. Kurz bevor Schneidstempel 1 das Blech 4 berührt, wird der Strom abgeschaltet, und anschließend wird das Blech 4 geschnitten.
Figur 12 zeigt im Einzelnen folgendes:
Man erkennt wiederum ein Blech 4. Oberhalb des Bleches befindet sich ein Niederhalter 5, und unterhalb eine Schneidmatrize 26. Rechts daneben sieht man oberhalb des Bleches 4 ein Schneidmesser 31 , ferner eine Elektrode 28. Unterhalb des Bleches befindet sich ein Gegenhalter 6.
Diese Ausführungsform ist für offene Schnitte vorgesehen. Blech 4 wird zwischen Schneidmatrize 26 und Niederhalter 5 eingespannt. Niederhalter 5 besteht aus elektrisch gut leitfähigem Material. Dabei liegt Blech 4 auch noch auf dem Gegenhalter 6 auf.
Elektrode 28 ist mit Stößel 100 durch eine Feder 29 verbunden. Die Schneidmatrize 26 ruht auf einem Pressentisch 101 . Gegenhalter 6 ist mit dem Pressentisch 101 durch eine Feder 25 verbunden. Beim Abwärtslauf von Stößel 100 gelangt zunächst die gefederte Elektrode 28 mit dem Blech 4 in Berührung. Dabei wird die notwendige Gegenkraft vom Gegenhalter 6 aufgebracht. Nun wird Strom eingeschaltet und fließt von Elektrode 28 zum Gegenhalter 6. Dabei wird die Schneidzone des Bleches 4 erwärmt. Während der Stößel 100 weiterhin nach unten fährt, wird die Zone weiterhin erwärmt, und die Elektrode 28 liegt federnd an Blech 4 an. Kurz vor dem Aufsetzen des Schneidmessers 31 auf dem Blech wird der Strom abgeschaltet. Das Blech wird geschnitten und der ebenfalls gefederte Gegenhalter 6 wird vom Schneidmesser 31 verdrängt.
Bei der Ausführungsform gemäß Figur 13 geht es um ein Umformen eines Bleches 4. Oberhalb des Bleches befindet sich eine Matrize 2, und unterhalb ein Stempel 1 . Ähnlich wie bei der Ausführungsform gemäß Figur 8 sind auch hier wieder zwei Elektroden vorgesehen, nämlich eine positive Elektrode 19 und eine negative Elektrode 20.
Oberhalb des Bleches befinden sich - in Matrize 2 eingebettet - Keramikeinsätze 33 und 34.
Zunächst liegt Blech 4 auf den Elektroden 19, 20 auf. Beim Herabfahren des hier nicht gezeigten Stößels wird Blech 4 zwischen Matrize 2 und Stempel 1 eingespannt. Es wird ein Stromfluss aktiviert; der Strom fließt von der einen Elektrode zur anderen. Die
Umformzone wird erwärmt, und der Strom wieder abgeschaltet. Dabei verhindern die Keramikeinsätze 33, 34, dass der Strom durch Matrize 2 hindurchfließt. Für alle genannten Ausführungsformen können Gleichstrom oder niederfrequenter Wechselstrom zur Erwärmung verwendet werden.
Bei allen Darstellungen können einzelne Elemente der Vorrichtung gegeneinander vertauscht werden, beispielsweise Stempel und Matrize. Auch kann die Arbeitsrichtung des Stempels von der Vertikalen abweichen.
Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass ausschließlich oder vorwiegend das Werkstück erwärmt wird. Das Werkzeug hingegen wird nicht erwärmt, oder nur in geringem Maß, sodass Festigkeit nur unwesentlich verringert wird.
Bezugszeichenliste
1 Stempel
1 .1 Stempelspitze
1 .2 Gewindeformer
2 Matrize
2.1 Matrizen bohrung
3 Stromquelle
3.1 Stromfluss
4 Blechplatte
4.1 Bohrung
4.2 Kragen
5 Niederhalter
6 Gegenhalter
7 isolierende Beschichtung
10 Schneidstempel
1 1 Schneidmatrize
12 Kupferschiene
13 Kupferschiene
14 Umformungszone
15 Blechhalter
16 elektrischer Kontakt
17 elektrischer Kontakt
18 oberer Leiter
19, 20 untere Leiter
21 , 22 obere Leiterschienen
23 untere Leiterschiene
24 Kupferblock
25 Feder
26 Schneidmatrize
27 Kupfereinlage
28 Kupferelektrode
29 Federn
30 Keramikring Schneidmesser Elektrode Keramikeinsatz Keramikeinsatz Stößel
Pressentisch

Claims

Patentansprüche
1 . Vorrichtung zum Bearbeiten eines Werkstückes (4), umfassend die folgenden Merkmale:
1 .1 eine Stempel (1) auf der einen Seite des Werkstückes (4);
1 .2 eine Matrize (2) auf der gegenüberliegenden Seite des Werkstückes (4);
1 .3 eine konduktive elektrische Heizung (3) zum Erzeugen eines elektrischen Stromes, der völlig oder vorwiegend durch das Werkstück (4) hindurchfließt, ausgehend von einem auf der einen Seite des Werkstückes außerhalb des Stempels (1) befindlichen Bauteil zu einem auf der anderen Seite des Werkstückes außerhalb der Matrize (2) befindlichen Bauteil.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel (1) aus hochfestem Stahl besteht, und von elektrischen Leitern der Länge nach durchzogen ist, und dass die elektrischen Leiter gegenüber dem hochfesten Stahl wärme- und/oder elektrisch isoliert sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
3.1 das eine Bauteil ist eine auf das Werkstück (4) aufsetzbare, den Stempel (1)
umgebender Hülse (5) aus elektrisch gut leitendem Material;
3.2 das andere Bauteil ist ein in die Matrizenbohrung (2.1 ) einsetzbarer Gegenhalter (6) aus einem Material, das elektrischen Strom gut leitet;
3.3 der Gegenhalter (6) ist entsprechend der Abwärtsbewegung des Stempels nach unten verfahrbar.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen
Stempel (1) und Hülse (5) und/oder zwischen Matrize (2) und Gegenhalter (6) ein ringförmiger Luftspalt befindet.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Laibung der Matrizenbohrung (2.1) mit elektrisch isolierendem und/oder wärmeisolierenden Material (7) ausgekleidet ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Laibung der Hülse (5) mit wärmeisolierendem oder elektrisch isolierenden Material ausgekleidet ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel (1 ) um seine Längsachse antreibbar ist und einen Gewindeformer (1 .2) zum Formen eines Gewindes in die Laibung des Kragens (4.2) aufweist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, umfassend die folgenden
Merkmale:
8.1 einen Schneidstempel (10) auf der einen Seite der Blechplatte (4), und eine
Schneidmatrize (1 1 ) auf der anderen Seite der Blechplatte (4);
8.2 Schneidstempel (10) und Schneidmatrize (1 1) sind quer zu einer Umformzone (14) gegeneinander versetzt;
8.3 eine erste stromleitende Schiene (12), die dem Schneidstempel (10)
gegenüberliegt;
8.4 eine zweite stromleitende Schiene (13), die der Schneidmatrize (1 1)
gegenüberliegt. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, umfassend die folgenden
Merkmale:
9.1 einen Blechhalter (15) sowie eine Matrize (2), deren Formflächen jeweils die Kontur der Ausbeulung aufweisen;
9.2 es sind Kontaktelemente, wie Stäbe (18, 19, 20) aus elektrisch leitendem Material vorgesehen, die in der Matrize (2) und dem Blechhalter (15) geführt sind, die wenigstens zeitweise mit ihren stirnseitigen Enden an das Werkstück (4) berührend anliegen und die senkrecht zum Werkstück (4) verfahrbar sind;
9.3 die Kontaktelemente (18, 19, 20) sind gegen den Blechhalter (15) sowie gegen die Matrize (2) wärmeisoliert.
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