DE102013103612A1

DE102013103612A1 - Verfahrung und Stauchwerkzeug zum Herstellen von hochmaßhaltigen Halbschalen

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Publication number: DE102013103612A1
Application number: DE102013103612.0A
Authority: DE
Inventors: Thomas Flehmig; Konstantinos Savvas
Original assignee: ThyssenKrupp Steel Europe AG
Current assignee: ThyssenKrupp Steel Europe AG
Priority date: 2013-04-10
Filing date: 2013-04-10
Publication date: 2014-10-16
Anticipated expiration: 2033-04-11
Also published as: DE102013103612B8; CN105307790B; CN105307790A; US20160067757A1; DE102013103612B4; WO2014166839A1; US10081043B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von hoch maßhaltigen, tiefgezogenen Halbschalen (2, 42) mit einem Bodenbereich (3), einer Zarge (5) und optional mit einem Flansch (44), wobei eine aus einer Platine vorgeformte Halbschale (2, 42) zu einer fertigen Halbschale umgeformt wird, wobei die vorgeformte Halbschale (2, 42) aufgrund ihrer geometrischen Form überschüssiges Platinenmaterial aufweist und wobei aufgrund des überschüssigen Platinenmaterials während des Umformens der vorgeformten Halbschale in ihre Endform durch mindestens einen Pressvorgang die Halbschale (2, 42) in einem Stauchwerkzeug zur endgeformten Halbschale gestaucht wird. Die Aufgabe ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, durch welches bzw. durch welche die Prozesssicherheit während der Herstellung einer Halbschale erhöht werden kann, wird durch das zuvor genannten Verfahren dadurch gelöst, dass die Größe des Stauchspaltes (38, 76) während des Schließens des Stauchwerkzeugs (4, 40) auf die Ist-Wandstärke der Zarge (5) der vorgeformten Halbschale verringert wird. Zudem wird die Aufgabe durch ein erfindungsgemäßes Stauchwerkzeug, dadurch gelöst, dass zwei Seitenwände (18, 20, 56, 58, 80, 82) vorgesehen sind, die zusammen mit dem Bodenbereich (14, 54) des Gesenkes (12, 52) der zweiten Werkzeughälfte (8, 48) eine Matrize bilden und die Seitenwände (18, 20, 56, 58, 80, 82) senkrecht oder schräg zur Bewegungsrichtung des Stempels (10, 50) verschiebbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von hoch maßhaltigen, tiefgezogenen Halbschalen mit einem Bodenbereich, einer Zarge und optional mit einem Flansch, wobei eine aus einer Platine vorgeformte Halbschale zu einer fertigen Halbschale umgeformt wird, wobei die vorgeformte Halbschale aufgrund ihrer geometrischen Form überschüssiges Platinenmaterial aufweist und wobei aufgrund des überschüssigen Platinenmaterials während des Umformens der vorgeformten Halbschale in ihre Endform durch mindestens einen Pressvorgang die Halbschale in einem Stauchwerkzeug zur endgeformten Halbschale gestaucht wird. Daneben betrifft die Erfindung ein Stauchwerkzeug zur Herstellung einer hoch maßhaltigen tiefgezogenen Halbschale mit mindestens einer ersten und einer zweiten Werkzeughälfte, wobei die erste Werkzeughälfte einen Stauchstempel aufweist, dessen Form der Innenkontur der endgeformten Halbschale entspricht, und die zweite Werkzeughälfte ein Gesenk aufweist, das Gesenk einen Bodenbereich aufweist, dessen Form im Wesentlichen dem Bodenbereich und optional dem Übergangsbereich zur Zarge der endgeformten Halbschale entspricht.
Im Kraftfahrzeugbau werden zunehmend geschlossene Hohlprofile eingesetzt, welche speziell an den Anwendungsfall angepasste Querschnitte und Materialdicken aufweisen. Es ist bekannt ein geschlossenes Hohlprofil aus zwei tiefgezogenen Halbschalen herzustellen. Hierzu werden die Halbschalen, wie beispielsweise in der deutschen Offenlegungsschrift DE 41 20 404 A1 beschrieben, zunächst vorgeformt und anschließend in einem Nachformschritt kalibriert. Problematisch bei der Herstellung eines Hohlprofils auf diese Weise ist, dass während des Tiefziehens Spannungen in die Platine eingebracht werden, welche zu einem Rückfedern der Halbschalen führen. Das Rückfedern der Halbschalen erschwert beispielsweise die genaue Positionierung der Halbschalen in einem Gesenk zum Verschweißen der Halbschalen zu einem geschlossenen Hohlprofil. Darüber hinaus sind Halbschalen mit starker Rückfederung aufgrund der mangelnden Maßhaltigkeit nicht ohne Nacharbeit einsetzbar. Aus dem Stand der Technik sind nun verschiedene Maßnahmen bekannt, um einen Rückfederungseffekt nach dem Tiefziehen zu vermeiden. Den aus dem Stand der Technik bekannten Maßnahmen, wie Abstrecken des Bauteils, Vorsehen von Bremssicken, partielle Niederhaltersteuerung, Werkzeuganpassungsmaßnahmen oder Schmierung des Bauteils ist gemeinsam, dass zum einen komplizierte Werkzeuge und Ziehoperationen eingesetzt werden und zum anderen die genannten Maßnahmen nur mäßigen Erfolg zeigen. Aus den Druckschriften DE 10 2007 059 251 A1 und DE 10 2008 037 612 A1 sind Verfahren zur Herstellung von rückfederungsarmen Halbschalen bekannt, wobei die vorgeformte Halbschale überschüssiges Material aufweist, so dass während der Umformung der vorgeformten Halbschale in ihre Endform durch einen Pressvorgang der Querschnitt zur fertigen Halbschale gestaucht wird. Die durch das Tiefziehen eingebrachten Spannungen im Platinenmaterial werden auf diese Weise ausgerichtet, um so den unkontrollierten Rückfedern entgegen zu wirken. In der Praxis weisen die Platinenzuschnitte jedoch nicht immer eine homogene Dicke auf, wodurch die Materialdicke einer Halbschale nach dem Tiefziehen zumindest im Zargenbereich gewissen Toleranzen unterliegt. Mit dem zuvor beschriebenen Verfahren können Halbschalen, die die genannten Toleranzen aufweisen jedoch nicht vollständig entlang ihres Umfangs kalibriert werden. Insbesondere im Bereich des Flansches, sofern dieser vorhanden ist, und im Bereich der Zarge kommt es während des Stauchens zu einer unerwünschten Wellenbildung im gestauchten Material, die einerseits die Optik der Halbschale verschlechtert und andererseits die lokale Maßhaltigkeit vermindert. Probleme bei der Verarbeitung zu rückfederungsarmen Halbschalen können sich zudem auch aufgrund der Rückfederung der vorgeformten Halbschalen und der damit einhergehenden geringeren Maßhaltigkeit der vorgeformten Halbschalen ergeben. Unter der Maßhaltigkeit eines Bauteils wird im Sinne dieser Anmeldung eine reduzierte Toleranz gegenüber dem konventionellen Tiefziehen verstanden.
Ausgehend von dem zuvor genannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, durch welches bzw. durch welche die Prozesssicherheit während der Herstellung einer Halbschale erhöht werden kann.
Gemäß einer ersten Lehre der Erfindung wird diese Aufgabe durch das eingangs genannte Verfahren dadurch gelöst, dass die Größe des Stauchspaltes während des Schließens des Stauchwerkzeugs auf die Ist-Wandstärke der Zarge der vorgeformten Halbschale verringert wird. Es wurde erkannt, dass durch die Einstellung der Größe des Stauchspaltes auf das Ist-Maß der Zarge der vorgeformten Halbschale auch rückgefederte, weniger maßhaltige Halbschalen endgeformt werden können. Vorzugsweise wird die Größe des Stauchspaltes während des Stauchvorgangs konstant gehalten. So kann überschüssiges Material insbesondere während der Stauchung aus dem Bodenbereich in die Zarge fließen und dadurch die in die Vorform eingebrachten Spannungen kompensieren. Die Anforderung an die Vorformung der Halbschalen kann durch das erfindungsgemäße Verfahren erheblich reduziert werden. In der Folge kann der Ausschuss an vorgeformten Halbschalen reduziert werden, so dass insgesamt die Prozesssicherheit des Herstellungsprozesses von hoch maßhaltigen Halbschalen erhöht werden kann.
Gemäß einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist das Stauchwerkzeug einen Stauchstempel und eine Matrize auf, wobei verschiebbare Seitenwände vorgesehen sind, über welche der Stauchspalt eingestellt wird. Die Einstellung des Stauchspaltes kann so besonders einfach erfolgen. Zur Vorbereitung des Stauchvorganges wird die vorgeformte Halbschale in der Matrize positioniert. Daneben ist es auch denkbar, dass die vorgeformte Halbschale vor dem Stauchvorgang auf dem Stauchstempel aufliegt. Während des Stauchvorgangs wird der Stauchstempel in der Matrize versenkt. Die Form der Matrize entspricht der Außenform der endgeformten Halbschale. In vorteilhafter Weise sind die Seitenwände des Stauchwerkzeugs zu Beginn des Stauchens einer vorgeformten Halbschale zueinander in einer geöffneten Position angeordnet, d. h. sie weisen zueinander einen maximalen Abstand auf. Während des Zusammenführens bewegen sich die Seitenwände aufeinander zu, wodurch sich der Stauchspalt zwischen dem Stauchstempel und den Seitenwänden verengt. Gleichzeitig wird die Zarge der Halbschale so in ihre endgültige Form gebracht. Vorzugsweise wird, in dem Fall in dem die vorgeformte Halbschale in der Matrize angeordnet ist, der Stauchstempel gleichzeitig mit der Bewegung der Seitenwände in die Innenform der vorgeformten Halbschale hineinbewegt. Dabei entspricht die Form des Stauchstempels der Innenkontur der endgeformten Halbschale. Der Stauchstempel kann aber auch vor oder nach dem Schließen der Seitenwände in das Innere der Halbschale bewegt werden.
Gemäß einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die vorgeformte Halbschale vor dem Umformen im Stauchwerkzeug unter Verwendung von Zentrier- und/oder Fixiermitteln ausgerichtet. Zur Positionierung der Halbschale eignet sich besonders die Anwendung eines Referenzpunktsystems (RPS), wodurch eine eindeutige und reproduzierbare Anordnung der Halbschale in dem Stauchwerkzeug erreicht werden kann. Hierzu können sogenannte Referenzpunkte vorgesehen sein, die eine genaue Positionierung sowie eine Stabilisierung der Lage der Halbschale in der Matrize oder auf dem Stauchstempel garantieren.
Vorzugsweise erfolgt die Ausrichtung der Halbschale unter Verwendung von mindestens einem Zentrierstift, wobei die vorgeformte Halbschale mindestens eine entsprechende Zentrieröffnung aufweist. Der mindestens eine Zentrierstift kann in der Matrize oder auch im Stauchstempel angeordnet sein. Vorzugsweise weist das jeweilige Werkzeugteil, welches nicht den Zentrierstift aufweist, eine Öffnung zur Aufnahme des Zentrierstiftes während des Stauchvorganges auf. Zudem weist auch die vorgeformte Halbschale eine entsprechende Öffnung zur Durchführung mindestens eines Zentrierstiftes auf, so dass die Halbschale so im Werkzeug positioniert werden kann, dass ein Verschieben aus der Solllage in eine undefinierte Lage verhindert wird. Im Ergebnis kann durch die genaue Positionierung der vorgeformten Halbschale die Prozesssicherheit des Stauchvorgangs weiter verbessert werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Stauchwerkzeug mindestens zwei Zentriermittel, vorzugsweise zwei Zentrierstifte und zwei entsprechende Zentrieröffnungen, auf. In diesem Fall weist die vorgeformte Halbschale ebenfalls zwei Zentrieröffnungen zur Durchführung der Zentrierstifte auf, so dass die Stabilisierung der Lage der Halbschale weiter verbessert werden kann. Denkbar ist es, beide Zentrierstifte im Stauchstempel oder in der Matrize anzuordnen oder jeweils einen Zentrierstift in einem Werkzeugteil anzuordnen. Es ist weiterhin von Vorteil, wenn das Stauchwerkzeug zur Stabilisierung der Lage der vorgeformten Halbschale mehr als zwei Zentriermittel aufweist. Neben der Ausbildung als Zentrierstift können die Zentriermittel alternativ oder zusätzlich beispielsweise auch als Erhöhung, beispielsweise in Form eines Kegels, im Gesenk oder im Stauchstempel ausgebildet sein. Dann weist die vorgeformte Halbschale eine Vertiefung zur Aufnahme der genannten Erhöhung auf, wodurch die Lage der Halbschale ebenfalls stabilisiert werden kann. In diesem Fall kann eine genaue Positionierung der Lage der vorgeformten Halbschale in dem Stauchwerkzeug erreicht werden, wobei auf das Vorhandensein einer Zentrieröffnung zur Aufnahme des Zentriermittels im Stauchwerkzeug verzichtet werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Stauchspalt im Zargenbereich zumindest am Ende des Stauchvorgangs geringfügig reduziert. Unter einer geringfügigen Reduzierung wird im vorliegenden Fall eine Reduzierung um maximal 5% der Ist-Wandstärke der Zarge verstanden. In dieser Position sind die unterschiedlichen Wandstärken im Zargenbereich im Wesentlichen ausgeglichen. Das überschüssige Material wird im Wesentlichen in der Blechebene eingestaucht. Neben der Erhöhung der Maßhaltigkeit der endgeformten Halbschale wird hierdurch auch eine Verbesserung der Optik der fertigen Bauteile erreicht, so dass der Anwendungsbereich der fertigen Halbschalen und/oder Hohlprofile erheblich erweitert werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Spalt im Bodenbereich bzw. auch in weiteren Bereichen des endgeformten Bauteils mit waagerechten Anteilen am Ende des Stauchvorgangs durch geeignete Mittel geringfügig reduziert. Dadurch können im Boden und optional im Flanschbereich Blechdickenschwankungen kompensiert werden.
Besonders bevorzugt ist es, wenn der Stauchspalt der Zarge durch die verschiebbaren Seitenwände des Stauchwerkzeugs an unterschiedliche Wanddicken der Zarge angepasst wird. Vorzugsweise erfolgt die Anpassung automatisch durch Ausübung einer Kraft auf die Seitenwände in Richtung der Zarge der Halbschale. So kann beim Vorhandensein von Blechdickenschwankungen die Bildung oder Vergrößerung eines Stauchspaltes zwischen dem Stauchwerkzeug und der Zarge der Halbschale verhindert werden. Das Verfahren ist gemäß dieser Ausgestaltung selbstregulierend, da Blechdickenschwankungen automatisch ausgeglichen werden können.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die vorgeformte Halbschale axial durch an den axialen Enden angeordnete Begrenzungsmittel begrenzt. Besonders bevorzugt sind die Begrenzungsmittel als Schieber ausgebildet, die vorzugsweise bereits zu Beginn des Stauchprozesses ihre Endlage erreichen. Denkbar ist aber auch, dass die Schieber während des Stauchprozesses in ihre Endlage gebracht werden. So kann eine Längung der Halbschale in axialer Richtung während des Stauchens verhindert werden. Im Ergebnis trägt das Vorhandensein der axialen Begrenzungsmittel zur Erhöhung der Maßhaltigkeit in axialer Richtung bei.
Gemäß einer zweiten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die eingangs genannte Aufgabe durch ein Stauchwerkzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst. Dadurch dass die Matrize des Stauchwerkzeugs Seitenwände aufweist, die senkrecht oder schräg zur Bewegungsrichtung des Stauchstempels verschiebbar sind, kann die Größe des Stauchspaltes während des Schließens des Stauchwerkzeugs auf die Ist-Wandstärke der Zarge der vorgeformten Halbschale besonders einfach verringert werden. Erfolgt die Bewegung der Seitenwände schräg zur Bewegungsrichtung des Stauchstempels, so weist die Bewegung vorzugsweise eine Komponente in Richtung parallel zur Bewegungsrichtung des Stauchstempels und eine Komponente senkrecht zur Bewegungsrichtung des Stauchstempels auf. Die Anpassung des Stauchspaltes hat den zuvor bereits genannten Vorteil, dass auch nichtmaßhaltige Halbschalen endgeformt werden können, wodurch im Ergebnis die Prozesssicherheit des Herstellungsprozesses von hoch maßhaltigen Halbschalen erhöht werden kann.
Gemäß einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stauchwerkzeugs sind die Seitenwände in der ersten oder in der zweiten Werkzeughälfte vorgesehen. Die verschiebbaren Seitenwände können so besonders einfach mit dem Stauchwerkzeug verbunden werden. Denkbar ist aber auch, dass die verschiebbaren Seitenwände weder mit der ersten noch mit der zweiten Werkzeughälfte verbunden sind.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Seitenwände als Schieber ausgebildet sind, welche während des Stauchens oder nach dem Stauchen einer Halbschale in Richtung der Zarge der Halbschale bewegbar sind. So kann auf besonders einfache Weise die Größe des Stauchspaltes eingestellt werden.
Vorzugsweise sind aktive Mittel vorgesehen, durch welche die Seitenwände bewegbar sind. Denkbar ist, beispielweise die Seitenwände unter Verwendung eines elektrischen, pneumatischen oder hydraulischen Antriebs zu bewegen. Alternativ können auch passive Mittel eingesetzt werden, durch welche eine Bewegung der Seitenwände erzwungen wird.
Bevorzugt weist die erste oder die zweite Werkzeughälfte Mittel zur Zwangsführung der Seitenwände als passive Mittel auf. Gemäß dieser Ausführungsform kann auf den zuvor genannten elektrischen, pneumatischen oder hydraulischen Antrieb der Seitenwände verzichtet werden, wobei auch eine Kombination eines oder mehrere der genannten Antriebe und einer Zwangsführung zur Bewegung der Seitenwände denkbar ist. Die Mittel zur Zwangsführung der Seitenwände können beispielsweise als keilförmige Gleitfläche an der oberen und/oder der unteren Werkzeughälfte und/oder den Seitenwänden ausgebildet sein. Dabei sind die keilförmigen Flächen derart angeordnet, dass die Seitenwände durch das Aufeinandertreffen der keilförmigen Flächen der Seitenwände und der oberen oder unteren Werkzeughälfte beispielsweise während des Schließens des Stauchwerkzeugs die Seitenwände in Richtung der Zarge der Halbschale bewegt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind Mittel, insbesondere Rückholfedern vorgesehen, durch welche die Seitenwände nach dem Stauchvorgang wieder in ihre Ausgangsposition bewegt werden können. Dies vereinfacht die Entnahme der fertigen Halbschale nach dem Stauchen. Zudem steht das Stauchwerkzeug für den nachfolgenden Stauchprozess unmittelbar zu Verfügung.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stauchwerkzeugs weist der Bodenbereich des Stauchgesenks und/oder der Stauchstempel Mittel zur Ausrichtung der vorgeformten Halbschale, insbesondere mindestens einen Zentrierstift, auf. Sowohl der Bodenbereich des Stauchgesenks oder der Stauchstempel, sofern er keinen Zentrierstift aufweist, als auch die vorgeformte Halbschale weisen eine Zentrieröffnung auf, so dass unter Verwendung des Referenzpunktsystems (RPS) eine eindeutige und reproduzierbare Positionierung sowie eine Stabilisierung der Lage der Halbschale in der Matrize erreicht werden kann. Vorzugsweise sind mindestens zwei Zentriermittel, insbesondere zwei Zentrierstifte zur Ausrichtung der vorgeformten Halbschale vorgesehen.
Des Weiteren können Mittel zur Begrenzung der axialen Enden der Halbschale vorgesehen sein. In bevorzugter Weise sind diese Mittel als Schieber ausgebildet, welche vorzugsweise bereits zu Beginn des Stauchprozesses ihre Endposition einnehmen. Denkbar ist aber auch, dass die Begrenzungsmittel während des Stauchprozesses in ihre Endlage gebracht werden. Durch diese Begrenzungsmittel wird eine Längung der Halbschale in axialer Richtung während des Stauchprozesses verhindert.
Zur Gewährleistung der notwendigen Festigkeit ist es vorteilhaft, wenn die Platine aus der die vorgeformte Halbschale gefertigt wird aus Stahl oder einer Stahllegierung besteht. Gleichzeitig weist die Halbschale gute Umformeigenschaften auf. Schließlich ist es denkbar, die vorgeformte Halbschale vor der Endformung zu erwärmen.
Im Weiteren soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt in
1a bis c ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens und des erfindungsgemäßen Stauchwerkzeugs in schematischer Schnittansicht,
2a bis 2d ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens und des erfindungsgemäßen Stauchwerkzeugs in schematischer Schnittansicht,
3 ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Stauchwerkzeugs in schematischer Ansicht.
In den 1a bis c ist ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von hoch maßhaltigen, tiefgezogenen Halbschalen 2 dargestellt, wobei das Verfahren unter Verwendung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Stauchwerkzeugs 4 durchgeführt wird. In dem Stauchwerkzeug 4 ist eine vorgeformte Halbschale 2 angeordnet, welche einen Bodenbereich 3 und eine Zarge 5 aufweist. Des Weiteren weist die vorgeformte Halbschale 2 aufgrund ihrer geometrischen Form überschüssiges Platinenmaterial auf, durch das während des Umformens die vorgeformte Halbschale in ihre Endform durch einen in den 1b und 1c dargestellten Pressvorgang gestaucht wird. Im dargestellten Ausführungsbeispiel der Halbschale 2 ist das überschüssige Platinenmaterial im Wesentlichen im Bodenbereich der vorgeformten Halbschale angeordnet. Hierzu ist der Bodenbereich der vorgeformten Halbschale leicht gewölbt. Das Stauchwerkzeug 4 weist eine erste Werkzeughälfte 6 und eine zweite Werkzeughälfte 8 auf, wobei die erste Werkzeughälfte 6 einen Stauchstempel 10 aufweist, dessen Form der Innenkontur der endgeformten Halbschale entspricht. Die zweite Werkzeughälfte 8 weist ein Gesenk 12 auf, wobei das Gesenk 12 einen Bodenbereich 14 aufweist, dessen Form im Wesentlichen dem Bodenbereich und dem Übergangsbereich zur Zarge der endgeformten Halbschale entspricht. Während des Stauchprozesses wird der Stauchstempel 10, wie durch den Pfeil 11 angedeutet, in das Gesenk 12 hineinbewegt.
Darüber hinaus sind an der ersten Werkzeughälfte 6 Seitenwände 18, 20 vorgesehen, die im geschlossenen Zustand des Stauchwerkzeugs eine Matrize mit dem Bodenbereich des Gesenks 12 der zweiten Werkzeughälfte 8 bilden. Die Seitenwände 18, 20 sind senkrecht zur Bewegungsrichtung des Stauchstempels 10 verschiebbar. Alternativ und hier nicht dargestellt können die Seitenwände auch schräg zustellbar ausgeführt werden. Auf diese Weise kann die Größe des Stauchspaltes 38 besonders einfach eingestellt werden. Die Anpassung des Stauchspaltes hat den bereits genannten Effekt, dass auch nicht maßhaltige Halbschalen endgeformt werden können.
Die Seitenwände 18, 20 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel als Schieber ausgebildet, welche während des Stauchens in Richtung der Zarge 5 der Halbschale 2 bewegt werden. Zudem sind an den Seitenwänden 18, 20 Rückholfedern 22, 24 angeordnet, durch welche die Seitenwände 18, 20 nach dem Stauchvorgang wieder in ihre Ausgangsposition bewegt werden. Die Rückholfedern 22, 24 sind in der in 1a gezeigten geöffneten Position des Stauchwerkzeugs entspannt. Durch den in den 1b und 1c gezeigten Stauchprozess, wobei die Seitenwände 18, 20 in Richtung der Zarge 5 der Halbschale 2 bewegt werden, werden die Rückholfedern gestaucht und ermöglichen eine Bewegung der Seitenwände 18, 20 in ihre Ausgangsposition.
Die Bewegung der Seitenwände 18, 20 erfolgt im dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Stauchwerkzeugs 2 über eine Zwangsführung. Hierzu weisen sowohl die Seitenwände 18, 20 als auch die zweite Werkzeughälfte 8 keilförmige Flanken 26, 28, 30, 32 auf, die beim Schließen des Stauchstempels 10 eine Bewegung der Seitenwände 18, 20 in Richtung der Zarge 5 der Halbschale 2 bewirken.
Schließlich weist das Gesenk 12 einen Zentrierstift 34 auf, durch den die Halbschale 2 eindeutig und reproduzierbar in dem Gesenk 12 positioniert werden kann, sofern die Halbschale 2 eine entsprechende Zentrieröffnung aufweist. Zudem weist der Stauchstempel 10 eine Zentrieröffnung 36 zur Aufnahme des Zentrierstiftes auf. Die Positionierung der Halbschale 2 in dem Gesenk 12 kann durch das Vorhandensein des Zentrierstiftes erheblich verbessert werden, wodurch im Ergebnis die Prozesssicherheit des Herstellungsverfahrens einer hoch maßhaltigen Halbschale weiter erhöht werden kann.
In den 1a bis 1c ist nun der Vorgang des Stauchens der Halbschale dargestellt. Während der Bewegung des Stauchstempels 10 in die Matrize werden die Seitenwände 18, 20 durch die Zwangsführung der zweiten Werkzeughälfte 8 in Richtung der Zarge 5 der Halbschale 2 bewegt. Hierdurch verengt sich der Stauchspalt 38 auf die Ist-Wandstärke der Zarge 5 der Halbschale 2. 1b zeigt eine Zwischenposition des Stauchwerkzeugs vor dem endgültigen Stauchen der Halbschale, wobei der Stauchstempel 10 fast vollständig in der Matrize versenkt ist. In 1c ist nun der Stauchstempel 10 vollständig in der Matrize versenkt, wodurch das überschüssige Platinenmaterial der Halbschale gestaucht wird und so die endgültige Form der Halbschale erzeugt wird. Während des Stauchvorgangs wird der Stauchspalt 38 vorzugsweise konstant gehalten. Am Ende des Stauchvorgangs kann der Stauchspalt 38 optional geringfügig reduziert werden, um eventuelle Blechdickenschwankungen in der Zarge 5 zu kompensieren. Über hier nicht dargestellte Mittel kann sogar der Spalt im Bodenbereich geringfügig reduziert werden, um auch in diesem Bereich Blechdickenschwankungen auszugleichen.
In den 2a bis 2d ist ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie des erfindungsgemäßen Stauchwerkzeugs 40 zusammen mit einer vorgeformten Halbschale 42 dargestellt. Im Unterscheid zu der in den 1a bis 1c gezeigten Halbschale weist die Halbschale 42 einen Flanschbereich 44 auf. Das zweite Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Stauchwerkzeugs 40 weist eine erste Werkzeughälfte 46 und eine zweite Werkzeughälfte 48 auf, wobei die erste Werkzeughälfte 46 einen Stauchstempel 50 aufweist, dessen Form der Innenkontur der endgeformten Halbschale entspricht. Die zweite Werkzeughälfte 48 weist ein Gesenk 52 auf, wobei das Gesenk 52 einen Bodenbereich 54 aufweist, dessen Form im Wesentlichen dem Bodenbereich und dem Übergangsbereich zur Zarge der endgeformten Halbschale entspricht. Während des Stauchprozesses wird der Stauchstempel 50, wie durch den Pfeil 56 angedeutet und wie bereits zuvor beschrieben, in das Gesenk 52 hineinbewegt.
Darüber hinaus sind an der zweiten Werkzeughälfte 48 Seitenwände 56, 58 vorgesehen, die im geschlossenen Zustand des Stauchwerkzeugs eine Matrize mit dem Bodenbereich des Gesenks 52 der zweiten Werkzeughälfte 48 bilden. Die Seitenwände 56, 58 sind senkrecht oder schräg (hier nicht dargestellt) zur Bewegungsrichtung des Stauchstempels 50 verschiebbar. Folglich kann während des Stauchvorganges der Spalt auf das Ist-Maß der Zarge der Halbschale verringert werden, so dass auch nichtmaßhaltige Halbschalen endgeformt werden können. Darüber hinaus können Dickenschwankungen der Zarge durch die Bewegung der Seitenwände 56,58 vorzugsweise nach dem Stauchprozess ausgeglichen werden. Im Ergebnis wird eine Wellenbildung des gestauchten Materials effektiv vermieden, so dass insgesamt die Prozesssicherheit des Herstellungsprozesses erhöht werden kann.
Die Seitenwände 56, 58 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel als Schieber ausgebildet, welche während des Stauchens in Richtung der Zarge der Halbschale 42 bewegt werden. Zudem sind an den Seitenwänden 56, 58 Rückholfedern 60, 62 angeordnet, durch welche die Seitenwände 56, 58 nach dem Stauchvorgang wieder in ihre Ausgangsposition bewegt werden.
Die Bewegung der Seitenwände 56, 58 erfolgt im dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Stauchwerkzeugs 40 über eine Zwangsführung. Hierzu weisen sowohl die Seitenwände 56, 58 als auch die erste Werkzeughälfte 46 keilförmige Flanken 64, 66, 68, 70 auf, die beim Schließen des Stauchstempels 50 zu einer Bewegung der Seitenwände 56, 58 in Richtung der Zarge der Halbschale 42 führen.
Schließlich weist das Gesenk 52 einen Zentrierstift 72 auf, durch den die Halbschale 42 eindeutig und reproduzierbar in dem Gesenk 52 positioniert werden kann, sofern die Halbschale 42 eine entsprechende Zentrieröffnung aufweist. Zudem weist der Stauchstempel 50 eine Zentrieröffnung 74 zur Aufnahme des Zentrierstiftes 72 auf, wobei die Position der Zentrieröffnung 74 der Lage des Zentrierstiftes 72 angepasst ist. Wie bereits dargestellt, kann durch das Vorhandensein des Zentrierstiftes die Prozesssicherheit der Herstellung von hoch maßhaltigen Halbschalen erhöht werden.
Die 2a bis 2d zeigen nun den Vorgang des Stauchens bzw. der Endformung der Halbschale 42. Während der Bewegung des Stauchstempels 50 in die Matrize werden die Seitenwände 56, 58 analog zu dem in den 1a bis 1c dargestellten Ausführungsbeispiel durch die Zwangsführung der ersten Werkzeughälfte 46 in Richtung der Zarge der Halbschale 42 bewegt. Hierdurch verengt sich der Stauchspalt 76 auf das Ist-Maß der Zarge der Halbschale 42. Die 2b und 2c zeigen Zwischenpositionen des Stauchwerkzeugs vor dem endgültigen Stauchen, wobei der Stauchstempel 50 vorzugsweise unter Konstanthaltung des Ziehspalts in der Matrize versenkt wird. In 2d ist nun der Stauchstempel 10 vollständig in der Matrize versenkt. Durch eine Flanschabbremsung wird das überschüssige Platinenmaterial der Halbschale gestaucht wodurch die endgültige Form der Halbschale 42 erzeugt wird.
3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Stauchwerkzeugs 77 in schematischer Draufsicht. Das gezeigte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Stauchwerkzeugs 77 weist eine erste Werkzeughälfte und eine zweite Werkzeughälfte 78 auf, wobei die erste Werkzeughälfte nicht dargestellt ist. An der zweiten Werkzeughälfte 78 sind entsprechend dem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Stauchwerkzeugs Seitenwände 80, 82 angeordnet, die als Schieber ausgebildet sind. Darüber hinaus sind Rückholfedern 81, 83 vorgesehen, welche die Seitenwände 80, 82 nach dem Stauchen in ihre Ausgangsposition bewegen können.
Darüber hinaus weist das dargestellte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Stauchwerkzeugs Mittel zur axialen Begrenzung der Halbschale 84 auf. Diese Mittel sind als Schieber 86, 88 ausgebildet, die vorzugsweise bereits zu Beginn des Stauchens ihre Endposition erreichen. Durch diese Begrenzungsmittel wird eine Längung der Halbschale in axialer Richtung während des Stauchprozesses verhindert, wodurch die Maßhaltigkeit der endgeformten Halbschalen weiter verbessert werden kann. Im dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Begrenzungsmittel 86, 88 ebenfalls durch Rückholfedern 90, 92 nach dem Stauchen in ihre Ausgangslage gebracht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4120404 A1 [0002]
DE 102007059251 A1 [0002]
DE 102008037612 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Herstellung von hoch maßhaltigen, tiefgezogenen Halbschalen (2, 42) mit einem Bodenbereich (3), einer Zarge (5) und optional mit einem Flansch (44), wobei eine aus einer Platine vorgeformte Halbschale (2, 42) zu einer fertigen Halbschale umgeformt wird, wobei die vorgeformte Halbschale (2, 42) aufgrund ihrer geometrischen Form überschüssiges Platinenmaterial aufweist und wobei aufgrund des überschüssigen Platinenmaterials während des Umformens der vorgeformten Halbschale in ihre Endform durch mindestens einen Pressvorgang die Halbschale (2, 42) in einem Stauchwerkzeug zur endgeformten Halbschale gestaucht wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe des Stauchspaltes (38, 76) während des Schließens des Stauchwerkzeugs (4, 40) auf die Ist-Wandstärke der Zarge (5) der vorgeformten Halbschale verringert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stauchwerkzeug (4, 40) einen Stauchstempel (10, 50) und eine Matrize aufweist, wobei verschiebbare Seitenwände (18, 20, 56, 58, 80, 82) vorgesehen sind, über welche der Stauchspalt (38, 76) eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgeformte Halbschale (2, 42) vor dem Umformen im Stauchwerkzeug (4, 40) unter Verwendung von Zentrier- und/oder Fixiermitteln ausgerichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichtung unter Verwendung von mindestens einem Zentrierstift (34, 72) erfolgt, wobei die vorgeformte Halbschale (2, 42) mindestens eine entsprechende Zentrieröffnung aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Stauchspalt (38, 76) im Zargenbereich (5) zumindest am Ende des Stauchvorgangs geringfügig reduziert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stauchspalt (38, 76) durch die verschiebbaren Seitenwände des Stauchwerkzeugs an unterschiedliche Wanddicke der Zarge (5) anpasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgeformte Halbschale (2, 42) axial durch an den axialen Enden angeordnete Begrenzungsmittel (86, 88) begrenzt wird.
Stauchwerkzeug zur Herstellung einer hoch maßhaltigen tiefgezogenen Halbschale insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 mit mindestens einer ersten (6, 46) und einer zweiten Werkzeughälfte (8, 48), wobei die erste Werkzeughälfte (6, 46) einen Stauchstempel (10, 50) aufweist, dessen Form der Innenkontur der endgeformten Halbschale entspricht, und die zweite Werkzeughälfte (8, 48) ein Gesenk (12, 52) aufweist, das Gesenk einen Bodenbereich (14, 54) aufweist, dessen Form im Wesentlichen dem Bodenbereich und optional dem Übergangsbereich zur Zarge der endgeformten Halbschale entspricht, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Seitenwände (18, 20, 56, 58, 80, 82) vorgesehen sind, die zusammen mit dem Bodenbereich (14, 54) des Gesenkes (12, 52) der zweiten Werkzeughälfte (8, 48) eine Matrize bilden und die Seitenwände (18, 20, 56, 58, 80, 82) senkrecht oder schräg zur Bewegungsrichtung des Stempels (10, 50) verschiebbar sind.
Stauchwerkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände (18, 20, 56, 58, 80, 82) in der ersten (6, 46) oder in der zweiten Werkzeughälfte (8, 48) vorgesehen sind.
Stauchwerkzeug nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände (18, 20, 56, 58, 80, 82) als Schieber ausgebildet sind, welche während oder nach dem Stauchen einer Halbschale in Richtung der Zarge der Halbschale bewegbar sind.
Stauchwerkzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass aktive oder passive Mittel vorgesehen sind, durch welche die Seitenwände (18, 20, 56, 58, 80, 82) bewegbar sind.
Stauchwerkzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (6, 46) oder die zweite Werkzeughälfte (8, 48) Mittel zur Zwangsführung der Seitenwände (22, 24, 60, 62, 81, 83) aufweist.
Stauchwerkzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel, insbesondere Rückholfedern (22, 24, 60, 62, 81, 83), vorgesehen sind, durch welche die Seitenwände (18, 20, 56, 58, 80, 82) nach dem Stauchvorgang wieder in ihre Ausgangsposition bewegt werden können.
Stauchwerkzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Bodenbereich (14, 54) des Stauchgesenkes (12, 52) und/oder der Stauchstempel (10, 50) Mittel zur Ausrichtung der vorgeformten Halbschale (34, 72), aufweist.
Stauchwerkzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (86, 88) zur Begrenzung der axialen Enden der Halbschale vorgesehen sind.