EP2512702B1

EP2512702B1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines halbschalenteils

Info

Publication number: EP2512702B1
Application number: EP10795664.1A
Authority: EP
Inventors: Thomas Flehmig; Konstantinos Savvas
Original assignee: ThyssenKrupp Steel Europe AG
Current assignee: ThyssenKrupp Steel Europe AG
Priority date: 2009-12-17
Filing date: 2010-12-15
Publication date: 2020-04-29
Anticipated expiration: 2030-12-15
Also published as: CN102665956A; PL2512702T3; US20170225216A1; KR20190008440A; US20120282482A1; KR20170109086A; DE102009059197A1; PT2512702T; CN102665956B; HUE051144T2; WO2011083008A1; ES2804765T3; KR20120106822A; KR101966404B1; JP2013514185A; EP2512702A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Halbschalenteils mit einem Ziehstempel und einem Ziehgesenk, wobei in einem einzigen Arbeitsschritt der Ziehstempel in das Ziehgesenk eingefahren wird, eine Platine zu einem Blechrohteil mit mindestens einem Bodenabschnitt, mindestens einem Zargenabschnitt und optional einem Flanschabschnitt vorgeformt wird, wobei während des Vorformens mit dem Ziehstempel ein Materialüberschuss entweder in den Bodenabschnitt und den Zargenabschnitt und/oder den optionalen Flanschabschnitt des Blechrohteils eingebracht wird, und das Blechrohteil zu einem Halbschalenteil fertiggeformt und kalibriert wird. Ebenso ist eine Vorrichtung zur Herstellung eines Halbschalenteils mit einem Ziehstempel und einem Ziehgesenk Gegenstand der Erfindung.
Im Automobilbau werden als Strukturelemente üblicherweise geschlossene oder offene Hohlprofile verwendet. Diese werden zunehmend aus Halbschalenteilen zusammengesetzt, deren Querschnitte und Materialdicken speziell an den jeweiligen Anwendungsfall angepasst sind.
Zur Herstellung der Halbschalenteile werden typischerweise Platinen tiefgezogen. Während des Tiefziehens werden zwangsläufig Spannungen in die Halbschalenteile eingebracht, die zu einem Rückfedern nach dem Fertigformen führen. Das Rückfedern der Halbschalenteile erschwert jedoch beispielsweise die genaue Positionierung der Halbschalenteile in einem Gesenk zum Verschweißen der Halbschalenteile zu einem geschlossenen Hohlprofil.
In der DE 10 2007 059 251 A1 ist daher vorgeschlagen worden, in einer ersten Vorrichtung aus der Platine zunächst ein Blechrohteil vorzuformen, das im Bodenabschnitt einen Materialüberschuss gegenüber dem herzustellenden Halbschalenteil aufweist. Anschließend wird dieses Blechrohteil in einer weiteren Vorrichtung zu einem Halbschalenteil fertiggeformt, wobei der im Bodenabschnitt vorhandene Materialüberschuss in die anderen Abschnitte des Blechrohteils verdrängt wird. Dadurch kann das Ausmaß der Rückfederung verringert werden. Es sind allerdings zwei Vorrichtungen und zwei Arbeitsschritte notwendig, um das gewünschte Halbschalenteil zu erhalten.
Aus der DE 198 53 130 A1 ist darüber hinaus ein Verfahren bekannt, mit dem Teilabschnitte eines Halbschalenteils, in denen sowohl konvexe als auch konkave Strukturen vorliegen, mit verbesserter Qualität tiefgezogen werden können. Dazu ist in dem Ziehgesenk ein federbelasteter Schieber vorgesehen. Bei der Abwärtsbewegung des Ziehstempels wird die Platine in dem fraglichen Teilabschnitt zuerst zwischen Ziehstempel und der korrespondierenden Fläche des Schiebers ausgeformt, bevor die Platine als Ganzes tiefgezogen wird. Ein Materialüberschuss soll hiermit in bestimmten Bereichen verhindert werden. Das bekannte Verfahren erlaubt es nur, die Formtreue von Teilabschnitten des Halbschalenteils zu verbessern.
Der Stand der Technik ( US 2002/0148272 A1 ) offenbart des Weiteren ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Tiefziehen von Metallblechen zum Herstellen eines Fertigproduktes, bei dem ein Metallblech in ein Umformwerkzeug eingelegt wird, das einen Stempel sowie eine Matrize aufweist, und wobei der Stempel aus mindestens zwei unabhängigen Segmenten besteht und das Metallblech zunächst durch das erste Segment vorgeformt und daraufhin mittels des zweiten Segmentes in seine Endform gebracht wird.
Aus AT 504 783 A4 ist ein Verfahren bekannt, bei dem der Blechzuschnitt zunächst durch einen ersten Hub der Formwerkzeuge bei offener Blechhalterung vorgeformt wird, bevor er nach dem Einspannen in der Blechhalterung durch das Schließen der Formwerkzeuge in seine Endform gebracht wird. Schließlich beschreiben JP 63-080928 A und JP 2008-284576 A ebenfalls Verfahren und Vorrichtungen zum Tiefziehen eines Blechzuschnittes.
Ausgehend von dem voran stehend genannten Stand der Technik lag der vorliegenden Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur prozesssicheren und kostengünstigen Herstellung hochmaßhaltiger Halbschalenteile anzugeben.
In Bezug auf das Verfahren ist diese Aufgabe nach einer ersten Lehre der Erfindung dadurch gelöst worden, dass das Blechrohteil in dem einzigen Arbeitsschritt, vorzugsweise unter Verwendung einer am Ziehstempel angeordneten Schneidkante, besäumt wird.
Das Vorformen und/oder das Fertigformen kann als Kaltumformschritt oder als Warmumformschritt durchgeführt werden. Beim Warmumformen werden Platinen aus Stahl üblicherweise auf Temperaturen oberhalb A_c1, bevorzugt oberhalb A_c3 erwärmt und umgeformt. Dabei ist eine Gefügeumwandlung in Austenit während des Warmumformens gewünscht, um die besseren Umformeigenschaften dieses Gefüges auszunutzen und eine anschließende Härtung beispielsweise durch Umwandlung des Austenits in Martensit oder andere Gefüge zuzulassen.
Entweder im Bodenabschnitt und im Zargenabschnitt bei der Herstellung von flanschlosen Halbschalenteilen oder im optionalen Flanschabschnitt des Blechrohteils bei der Herstellung von flanschbehaftet Halbschalenteilen befindet sich somit mehr Material als im entsprechenden Bereich des Halbschalenteils. Dieser Materialüberschuss kann beim Fertigformen und Kalibrieren in die anderen Abschnitte verdrängt werden, was beim gesamten Halbschalenteil Druckspannungen induziert, die im plastischen Bereich liegen, und damit die Rückfederung nach dem Tiefziehen verringert bzw. unterdrückt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren führt somit zu Halbschalenteilen, die sich durch eine hohe Maßhaltigkeit, d.h. geringe Toleranzen, auszeichnen.
In einer ersten Ausgestaltung des Verfahrens ist die Verwendung eines Ziehstempels vorgesehen, der mindestens einen in Richtung des Ziehgesenks vorstehend positionierbaren Bodenstempel und eine korrespondierende Bodenstempelaufnahme aufweist. Mit dem in vorstehender Position angeordneten Bodenstempel wird während des Vorformens des Blechrohteils der Materialüberschuss entweder in den Bodenabschnitt und den Zargenabschnitt oder den optionalen Flanschabschnitt des Blechrohteils eingebracht. Mit einem derartigen mindestens zweiteiligen Ziehstempel lässt sich auf prozesssichere Weise während des Vorformens ein Materialüberschuss im Blechrohteil bilden. Die Herstellung eines Ziehstempels mit einem vorstehend positionierbaren Bodenstempel ist darüber hinaus mit nur einem geringen Aufwand und somit geringen Kosten verbunden.
Eine nächste Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass das Blechrohteil durch Einfahren des Bodenstempels in die Bodenstempelaufnahme, sobald der Bodenstempel auf dem an dem Ziehgesenk anliegenden Blechrohteil aufgesetzt hat, fertiggeformt und kalibriert wird. Das Blechrohteil kann somit von dem Bodenstempel auf besonders einfache Weise an dem Ziehgesenk gehalten werden, so dass beim Fertigformen und Kalibrieren ein Verrutschen des vorgeformten Blechrohteils verhindert werden kann. Mit dem Aufsetzen des Bodenstempels auf dem an dem Ziehgesenk anliegenden Blechrohteil kann zudem in einem sehr frühen Stadium des Fertigformens und Kalibrierens der Materialfluss gezielt gesteuert werden, so dass ein rückfederungsfreies Halbschalenteil zur Verfügung gestellt werden kann.
Das Blechrohteil wird erfindungsgemäß in einem einzigen Arbeitsschritt besäumt. Die Fertigung eines hochmaßhaltigen, besäumten Halbschalenteils in einem einzigen Arbeitsschritt ermöglicht einerseits geringere Taktzeiten. Andererseits kann eine einzige Vorrichtung verwendet werden. Im Ergebnis lässt sich eine größere Wirtschaftlichkeit des Verfahrens erzielen.
Vorzugsweise wird das Blechrohteil unter Verwendung einer am Ziehstempel angeordneten Schneidkante besäumt. Die Schneidkante kann dabei am Ziehstempel selbst ausgebildet sein. Alternativ kann allerdings auch eine am Ziehstempel, insbesondere auch beweglich, befestigte Schneidplatte vorgesehen sein, die die Schneidkante aufweist. Durch die Verwendung einer separaten Schneidplatte kann dabei z.B. dem Umstand, dass Schneidkante und die restlichen Bereiche des Ziehstempels einem unterschiedlichen Verschleiß unterworfen sind, Rechnung getragen werden.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die Schneidkante zeitgleich mit dem Aufsetzen des Bodenstempels auf dem an dem Ziehgesenk anliegenden Blechrohteil mit dem Blechrohteil in Kontakt gebracht wird. Die Schneidkante kommt somit in einem Moment in Kontakt mit dem Blechrohteil, wenn das Vorformen weitgehend abgeschlossen ist. Mit der Schneidkante wird dann ein weiterer Materialfluss in das Ziehgesenk oder wieder aus diesem heraus unterdrückt. Durch das Einbringen des Materialüberschusses während des Vorformens kann die Schneidkante zudem mit einem Abschnitt des Blechrohteils in Kontakt gebracht werden, der allenfalls noch geringfügigen Zugbelastungen ausgesetzt ist, so dass das Blechrohelement an einer genau definierten Stelle von dem Verschnitt getrennt werden kann.
Weiterbilden lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren auch dadurch, dass während des Fertigformens und Kalibrierens der Materialüberschuss vom Bodenabschnitt des Blechrohteils in den Zargenabschnitt und/oder den optionalen Flanschabschnitt des Blechrohteils gedrückt wird. Es findet somit nicht nur eine Verdrängung innerhalb des Bereiches, in den der Materialüberschuss während des Vorformens eingebracht wurde, sondern auch in den angrenzenden Zargenabschnitt und/oder den optionalen Flanschabschnitt statt, so dass die Maßhaltigkeit des Halbschalenteils insgesamt weiter verbessert werden kann.
Die Maßhaltigkeit des herzustellenden Halbschalenteils kann in einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens dadurch erhöht werden, dass das Blechrohteil unter Verwendung einer Stauchfläche zumindest in einem Zargenabschnitt, vorzugsweise auch in einem Bodenabschnitt, gestaucht wird. Durch das Stauchen können die mit dem Tiefziehen einhergehenden unerwünschten inhomogenen Spannungs- und Dehnungsverteilungen überlagert und dadurch gezielt ausgerichtet werden, so dass diese kein ungewolltes Rückfedern bewirken. Insbesondere durch das Stauchen über die gesamte Querschnittslänge lassen sich Halbschalenteile herstellen, die in allen Abschnitten eine sehr hohe Maßhaltigkeit aufweisen.
Vorzugsweise wird zu diesem Zweck eine sich an die Schneidkante anschließende Stauchfläche verwendet, so dass mit der Stauchfläche zugleich die Schnittfläche des Blechrohteils geglättet werden kann. Insbesondere dann, wenn ein Zargenabschnitt des Blechrohteils gestaucht werden soll, der sich, z.B. bei der Herstellung flanschbehafteter Halbschalenteile, nicht direkt an die Schnittfläche anschließt, können Schneidkante und Stauchfläche jedoch auch getrennt voneinander angeordnet werden.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Platine zumindest zu Beginn des Vorformens mit einem Niederhalter gehalten wird. Die Bildung von Falten während des Tiefziehens, insbesondere bei dünnen Platinen, kann dadurch weitgehend verhindert werden. Außerdem kann mit dem Niederhalter der Materialfluss in das Ziehgesenk gezielt gesteuert werden.
In einer Weiterbildung des Verfahrens wird ein flanschloses Halbschalenteil hergestellt. Flanschlose Halbschalenteile können mit einem I-Stoß zu einem geschlossenen Hohlprofil verbunden werden, das keine störenden, vorstehenden Abschnitte aufweist. Darüber hinaus können auf diese Weise Gewichtseinsparungen erzielt werden.
Alternativ kann allerdings auch ein flanschbehaftetes Halbschalenteil hergestellt werden. Mit dem Flansch steht eine ebene Fläche zur Verfügung, mit der das Halbschalenteil beispielsweise auf ebene Bauteile einfach aufgeschweißt werden kann. Ferner kann mit einem Flansch eine ausreichend große Fläche für eine Verklebung des Halbschalenteils mit weiteren Bauelementen zur Verfügung gestellt werden.
Nach einer zweiten Lehre der Erfindung ist die voran stehend genannte Aufgabe durch eine Vorrichtung gelöst worden, die einen Ziehstempel, ein Ziehgesenk und Mittel zum Einfahren des Ziehstempels in das Ziehgesenk aufweist, wobei zwischen dem Ziehstempel und dem Ziehgesenk eine Platine positionierbar und mit dem Ziehstempel die Platine zu einem Blechrohteil vorformbar ist, der Ziehstempel Mittel zur Einbringung eines Materialüberschusses entweder in einen Bodenabschnitt und einen Zargenabschnitt und/oder einen optionalen Flanschabschnitt des Blechrohteils aufweist und das Blechrohteil zu einem Halbschalenteil fertiggeformt und kalibriert werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum Besäumen , insbesondere mindestens eine am Ziehstempel angeordnete Schneidkante vorgesehen ist. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird also die Umformung von einer Platine zu einem hochmaßhaltigen Halbschalenteil in einem einzigen Werkzeug ermöglicht, wodurch eine deutliche Kostenersparnis erzielt wird. Die Mittel zur Einbringung eines Materialüberschusses können im Rahmen einer die Form des Ziehstempels ändernden Einrichtung zu Verfügung gestellt werden. Dafür kommt beispielsweise eine mit einem Druckmedium vorwölbbare Membran in Frage.
Eine einfache erste Ausgestaltung der Vorrichtung sieht allerdings einen in Richtung des Ziehgesenks vorstehend positionierbaren Bodenstempel und eine korrespondierende Bodenstempelaufnahme vor, durch welche ein Materialüberschuss beim Vorformen in das Blechrohteil eingebracht werden kann. Die Herstellung eines derartigen Ziehstempels ist mit einem nur geringen Aufwand verbunden, so dass eine derartige Vorrichtung sehr preisgünstig ist.
Erfindungsgemäß sind Mittel zum Besäumen, insbesondere mindestens eine am Ziehstempel angeordnete Schneidkante, vorgesehen. Dies ermöglicht es, auch das Besäumen mit Hilfe der gleichen Vorrichtung durchzuführen, so dass sich weitere Kostenvorteile und Zeiteinsparungen ergeben.
Die Vorrichtung kann weiter dadurch ausgestaltet werden, dass das Ziehgesenk eine der Schneidkante des Ziehstempels zugeordnete Freimachung aufweist. Beim Besäumen des Blechrohteils kann der Verschnitt in diese Freimachung verdrängt werden, so dass eine besonders glatte Schnittfläche erzielt werden kann.
Sofern die Tiefe der Freimachung gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung mindestens der Platinendicke der umzuformenden Platine entspricht, kann ein Verklemmen des Verschnittes verhindert werden und-das erfindungsgemäße Verfahren prozesssicherer gestaltet werden.
Ferner ermöglicht eine Weiterbildung der Vorrichtung, bei der das Ziehgesenk eine Einlaufkontur, beispielsweise eine Einlaufverrundung aufweist, eine Erleichterung des Materialflusses in das Ziehgesenk. Eine Einlaufkontur hat ferner den Vorteil, dass sie eine Selbstzentrierung der Schneidkanten beim Aufsetzen derselben bewirkt. Vorzugsweise ist die Einlaufverrundung dabei der Freimachung zugeordnet.
Eine weitere Ausgestaltung der Vorrichtung sieht vor, dass die Schneidkante in vollständig in das Ziehgesenk eingefahrener Position des Ziehstempels von einer am Ziehgesenk, insbesondere an der Freimachung, angeordneten Gegenschneidkante in Tiefziehrichtung beabstandet oder auf gleicher Höhe angeordnet ist.
Sofern eine Druckbelastung des Blechrohteils weitgehend vermieden werden soll, kann die Gegenschneidkante der Freimachung auch auf gleicher Höhe wie die Schneidkante des Ziehstempels angeordnet sein.
In zu der Schneidkante vergleichbarer Weise kann die Gegenschneidkante am Ziehgesenk selbst oder an einer an dem Ziehgesenk ggf. beweglich befestigten Gegenschneidplatte ausgebildet sein.
Bei einer in Tiefziehrichtung beabstandeten Schneidkante kann beim Fertigformen und Kalibrieren das im Raum zwischen dem Ziehstempel und dem Ziehgesenk befindliche Blechrohteil einer Druckbelastung ausgesetzt werden, so dass das Blechrohteil gestaucht wird. Die nach dem Ziehvorgang vorhandenen und unerwünschten inhomogenen Spannungs- und Dehnungsverteilungen können auf diese Weise überlagert und in neu ausgerichtete Spannungen überführt werden, die ungewollte Rückfederungen des Halbschalenteils unterdrücken, d.h. dessen Maßhaltigkeit verbessert werden. Die über den gesamten Querschnitt erfolgte Stauchung führt zu einem Spannungszustand, der plastisches Fließen im gesamten Querschnitt des Halbschalenteils hervorruft.
Eine andere Weiterbildung der Erfindung sieht eine sich an die Schneidkante anschließende Stauchfläche des Ziehstempels vor. Auf diese Weise kann auch das Blechrohteil gezielt an der Schnittfläche gestaucht werden, wodurch eine besonders glatte Schnittfläche erzeugt werden kann.
Während des Tiefziehens kommen die den Zargenabschnitt und/oder den Bodenabschnitt des Blechrohteils bildenden Abschnitte der Platine ggf. mit der Gegenschneidkante in Kontakt. Um dennoch einen einwandfreien Materialfluss zu gewährleisten, kann in einer weiteren Ausgestaltung die Gegenschneidkante abgerundet gestaltet werden.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren können Halbschalenteile hergestellt werden, die eine Wandstärke W aufweisen und bei denen der Glattschnittanteil der Schnittflächen des Halbschalenteils mindestens ein Drittel der Wandstärke W beträgt. Solche Halbschalenteile können an ihren Schnittflächen mit anderen Bauteilen besonders gut im I-Stoß verschweißt werden.
Weite vorteilhafte Eigenschaften der Vorrichtung lassen sich der Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens entnehmen.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand einer Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert und veranschaulicht. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1a - c: ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in verschiedenen Zuständen im Querschnitt;
Fig. 2: ein mit der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtungen herstellbares Ausführungsbeispiel eines Halbschalenteil in perspektivischer Ansicht;
Fig. 3: die Schnittkante des in der Fig. 2 gezeigten Halbschalenteils im Querschnitt im Vergleich zur Schnittkante eines Halbschalenteils aus dem Stand der Technik;
Fig. 4a - e: einen Ausschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in verschiedenen Zuständen im Querschnitt;
Fig. 5a - c: ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in verschiedenen Zuständen im Querschnitt;
Fig. 6: ein mit der in Fig. 5 gezeigten Vorrichtung herstellbares Ausführungsbeispiel eines Halbschalenteils in perspektivischer Ansicht;
Fig. 7a - c: ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in verschiedenen Zustanden im Querschnitt und
Fig. 8: ein mit der in Fig. 7 gezeigten Vorrichtung herstellbares Ausführungsbeispiel eines Halbschalenteils in perspektivischer Ansicht.

Die in der Fig. 1 gezeigte Vorrichtung weist einen Ziehstempel 1 auf, der durch nicht dargestellte Mittel zum Einfahren in das Ziehgesenk 2 eingefahren werden kann, wobei er in die in den Fig. 1a bis 1c jeweils dargestellten Positionen gebracht werden kann, um aus einer Platine 17 zunächst ein Blechrohteil 5 und anschließend aus dem Blechrohteil 5 ein Halbschalenteil 3 herzustellen.
Der Ziehstempel 1 weist Mittel zur Einbringung eines Materialüberschusses in einen Bodenabschnitt 4 des Blechrohteils 5 auf. Er hat eine Form, die sich durch einen Bodenstempel 6 verändern lässt, der verschiebbar in einer Bodenstempelaufnahme 7 angeordnet ist. Die dem Ziehgesenk 2 zugewandten Kanten 8 und 9 des Bodenstempels 6 sind abgerundet, so dass die Gefahr einer Knickbildung im Bodenabschnitt 4 des Blechrohteils 5 verringert werden kann.
An dem Ziehstempel 1 ist darüber hinaus eine Schneidkante 10 und eine sich unmittelbar an diese anschließende Stauchfläche 11 ausgebildet. Die Stauchfläche 11 ist dabei im Wesentlichen normal zur Tiefziehrichtung, d.h. zur Einfahrrichtung des Ziehstempels 1 in das Ziehgesenk 2, ausgerichtet.
Das Ziehgesenk 2 weist eine Freimachung 12 mit einer Einlaufverrundung 13 auf, die stufenartig in den Zargenabschnitt 15 des zu fertigen Halbschalenteils 3 abbildenden Ziehgesenkzargenabschnitt 16 übergeht, wobei eine Gegenschneidkante 14 gebildet wird. Die Freimachung 12 ist dabei so breit und tief, dass beim Tiefziehen die Platine 17 nicht durch die Gegenschneidkante 14 behindert wird.
Zunächst wird entsprechend dem in der Fig. 1a gezeigten Zustand eine Platine 17 zwischen dem Ziehstempel 1 und dem Ziehgesenk 2 angeordnet. Die Platine 17 mit der Dicke P wird dabei mit einem Niederhalter 18 an dem Ziehgesenk 2 gehalten. Der Bodenstempel 6 befindet sich in einer in Richtung des Ziehgesenkes 2 vorstehenden Position und hat Kontakt mit der Platine 17.
Mit den nicht gezeigten Mitteln zum Einfahren, welche mechanisch, pneumatisch oder hydraulisch ausgebildet sein können, werden nun Ziehstempel 1 und Ziehgesenk 2 in die in der Fig. 1b dargestellte Position gebracht. Dadurch wird die Platine 17 zu einem Blechrohteil 5 mit einem Zargenabschnitt 15 und einem Bodenabschnitt 4 vorgeformt. Mit einer hier nicht dargestellten Verriegelung wird der Bodenstempel 6 dabei in der vorstehenden Position verriegelt. Es ist allerdings auch denkbar den Bodenstempel 6 beispielsweise durch einen Hydraulik- oder Pneumatikzylinder oder auch eine Feder während des Vorformens in der vorstehenden Position zu halten.
Die Platine 17 wird von dem Niederhalter 18 so an dem Ziehgesenk 2 gehalten, dass einerseits Material darunter hergezogen werden kann, andererseits aber ein Hochwölben der Platine 17 und eine damit einhergehende Faltenbildung vermieden wird.
Durch den vorstehenden Bodenstempel 6 wird ein Durchhang zur Sollgeometrie des Bodens gebildet, d.h. ein Materialüberschuss in den Bodenabschnitt 4 des Blechrohteils 5 eingebracht. Im Bereich der Einlaufverrundung 13 liegt das Blechrohteil 5 an der Freimachung 12 an. Der Bodenstempel 6 setzt in der in Fig. 1b gezeigten Position auf dem an dem Ziehgesenk 2 anliegenden Blechrohteil 5 auf. Gleichzeitig kommt die Schneidkante 10 des Ziehstempels 1 in Kontakt mit dem Blechrohteil 5.
In dieser Position wird nun die Verriegelung des Bodenstempels 6 freigegeben, so dass der Bodenstempel 6 bei weiterem Einfahren des Ziehstempels 1 in das Ziehgesenk 2 in die Bodenstempelaufnahme 7 hineingeschoben wird. Im Falle eines mit einem Hydraulik- oder Pneumatikzylinder oder eine Feder in vorstehender Position gehaltenem Bodenstempel genügt es, dass die Mittel zum Einfahren die durch Zylinder oder Federn ausgeübten Kräfte überwinden.
Durch die Schneidkante 10 werden bei weiterer Annäherung von Ziehstempel 1 und Ziehgesenk 2 an genau definierter Stelle lokale Spannungen im Blechrohteil 5 erzeugt, so dass sich ein Riss bildet und eine Besäumung des Blechrohteils 5 erfolgt. Der Verschnitt 19, d.h. das nicht genutzte Material der Platine 17, wird dabei in die Freimachung 12 des Ziehgesenks 2 verdrängt.
Gleichzeitig wird, wie mit Pfeil angedeutet, der beim Vorformen erzeugte Materialüberschuss vom Bodenabschnitt 4 und vom Zargenabschnitt 15 in das gesamte Blechrohteil 5 gedrückt. Die durch das Tiefziehen der Platine 17 bedingten Spannungen im Zargenabschnitt 15 werden somit gezielt ausgerichtet. Die Rückfederung eines mit dieser Vorrichtung hergestellten Halbschalenteils ist daher allenfalls gering ausgeprägt und die Maßhaltigkeit des Halbschalenteils erhöht.
In der in der Fig. 1c gezeigten Position ist der Ziehstempel 1 vollständig in das Ziehgesenk eingefahren. Er befindet sich im unteren Totpunkt. Der Ziehstempel 1 und das Ziehgesenk 2 bilden dabei im Wesentlichen ein Negativabbild der Innen- bzw. Außenkontur des herzustellenden Halbschalenteils.
Die Schneidkante 10 des Ziehstempels 1 ist dabei in Tiefziehrichtung beabstandet zu der dem Ziehgesenk 2 zugeordneten Gegenschneidkante 14 angeordnet. Dadurch kann im Verlauf des Fertigformens und Kalibrierens der Zargenabschnitt 15 gestaucht werden. Dies trägt ebenfalls zur hohen Maßhaltigkeit des fertigen, in der Fig. 2 dargestellten, flanschlosen Halbschalenteils 3 bei, das sich insbesondere durch eine verhältnismäßig glatte Schnittfläche 20 auszeichnet.
In Bezug auf die Wandstärke W des erfindungsgemäß hergestellten Halbschalenteils 3 beträgt der Glattschnittanteil der Schnittfläche 20, wie in der Fig. 3a schematisch dargestellt im Vergleich zu einem Halbschalenteil aus dem Stand der Technik (Fig. 3b), mehr als ein Drittel. Demzufolge lässt sich das dargestellte Halbschalenteil 3 auf besonders einfache Weise mit weiteren Bauelementen, insbesondere auch mit einem mit einer vergleichbaren Vorrichtung hergestellten Halbschalenteil, im I-Stoß zu einem geschlossenen Hohlprofil verschweißen.
In der Fig. 4 ist ein Ausschnitt aus einer alternativen Ausführungsform einer Vorrichtung zur Herstellung eines flanschlosen Halbschalenteils 3' gezeigt. Diese weist ebenfalls einen Ziehstempel 1' mit einem Bodenstempel 6' und ein Ziehgesenk 2' auf. Die Freimachung 12' geht allerdings nicht stufenartig, sondern mit einer Schräge 21' in den Ziehgesenkzargenabschnitt 16' über.
Die Schräge 21' hat gegenüber dem stufenartigen Übergang den Vorteil, dass eine Gegenschneidkante 14' mit einem stumpferen Winkel gebildet wird. Somit kann deren Abnutzung verringert werden. Zudem lässt sie sich einfacher fertigen. Andererseits setzt ein stufenartiger Übergang dem während des Besäumens zu verdrängendem Verschnitt weniger Widerstand entgegen und verringert die Gefahr eines Verklemmens des Verschnittes in der Vorrichtung. Zudem bewirkt die Schräge 21' während des Besäumens eine Selbstzentrierung der Schneidkante 10'.
Ebenso wie in der in der Fig. 1 dargestellten Vorrichtung befindet sich darüber hinaus die Schneidkante 10' in vollständig in das Ziehgesenk 2' eingefahrener Position des Ziehstempels 1' in Tiefziehrichtung tiefer als die Gegenschneidkante 14' (vgl. Fig. 4e). Demzufolge wird bei der in der Fig. 4 gezeigten Vorrichtung der gesamte Querschnitt des Halbschalenteils 3' gestaucht und in einen plastischen Zustand überführt.
Sowohl eine Freimachung, die eine Schräge aufweist, als auch eine stufenartigen Freimachung können mit einer Anordnung der Schneidkante bzw. der Gegenschneidkante kombiniert werden, bei der sich Schneidkante und Gegenschneidkante in vollständig in das Ziehgesenk eingefahrener Position des Ziehstempels auf mindestens gleicher Höhe befinden.
Im Hinblick auf den Ablauf der Umformung von der Platine 17' über ein Blechrohteil 5' zu einem Halbschalenteil 3' wird auf die Erläuterungen zur Fig. 1 verwiesen.
Schließlich zeigt Fig. 5 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit der ein flanschbehaftetes Halbschalenteil 3" hergestellt werden kann. Entsprechend der voran stehend beschriebenen Vorrichtungen ist auch bei der in Fig. 5 gezeigten Vorrichtung ein Ziehstempel 1" mit einem Bodenstempel 6" vorhanden, der zusätzlich einen Flanschformstempel 33" umfasst.
Das Ziehgesenk 2" weist einen den Bodenabschnitt 4" des Blechrohteils 5" formenden Ziehgesenkbodenabschnitt 22", einen den Zargenabschnitt 14" des Blechrohteils 5" formenden Ziehgesenkzargenabschnitt 16" und einen den Flanschabschnitt 23" des Blechrohteils 5" formenden Ziehgesenkflanschabschnitt 24" auf. Der Übergang 25" zwischen Ziehgesenkflanschabschnitt 24'' und Ziehgesenkzargenabschnitt 16'' weist dabei eine Einlaufverrundung bzw. einen Ziehradius auf.
In korrespondierender Weise umfasst der Bodenstempel 6" einen Bodenabschnitt 26" und einen Bodenstempelzargenabschnitt 27" und der Flanschformstempel 33" einen Flanschformstempelabschnitt 28" mit einer Schneidkante 10". Dieser Schneidkante 10" ist auf Seite des Ziehgesenkes 2" eine überdimensioniert dargestellte Schräge 21" zugeordnet, die die Selbstzentrierung der Schneidkante 10'' ermöglicht.
Zur Herstellung des flanschbehafteten Halbschalenteils 3" wird, wie in der Fig. 5a gezeigt, zuerst die Platine 17" zwischen dem Ziehstempel 1" und dem Ziehgesenk 2" angeordnet. Der Bodenstempel 6" des Ziehstempels 1" befindet sich dabei in einer in Richtung des Ziehgesenks 2" vorstehenden Position. Die Platine 17'' wird von einem Niederhalter 18" außerhalb des Ziehgesenkflanschabschnittes 24'' an dem Ziehgesenk 2" gehalten. Der Gegenhalteabschnitt 30" des Ziehgesenkes 2", gegen den die Platine 17'' mit dem Niederhalter 18" gehalten wird, ist dabei gegenüber Ziehgesenkflanschabschnitt 24" weiter von dem Ziehgesenkbodenabschnitt 22" entfernt.
Durch Einfahren des Ziehstempels 1" in das Ziehgesenk 2" wird zunächst ein Blechrohteil 5" vorgeformt, wobei im Flanschabschnitt 23'' des Blechrohteils 5" ein Materialüberschuss erzeugt wird (vgl. Fig. 5b). Der Flanschabschnitt 23'' des Blechrohteils 5" erfährt durch die versetzten Ebenen von Ziehgesenkflanschabschnitt 24'' und Gegenhalteabschnitt 30" beim Ziehen der Platine sowohl eine konvexe als auch eine konkave Biegung.
Zeitgleich mit dem Aufsetzen des Bodenstempels 6" auf dem an dem Ziehgesenkbodenabschnitt 22" anliegenden Blechrohteil 5" bekommt die Schneidkante 10'' Kontakt mit dem Blechrohteil 5".
Nach dem Aufsetzen des Bodenstempels 6" auf dem Blechrohteil 5" bewegt sich nur noch der Flanschformstempel 33' in Richtung Ziehgesenk 2" und das Blechrohteil 5" wird zu einem flanschbehafteten Halbschalenteil 3" mit der Schneidkante 10'' besäumt, fertiggeformt und kalibriert.
In der in Fig. 5c gezeigten vollständig in das Ziehgesenk 2" eingefahrenen Position des Ziehstempels 1" ist zu erkennen, dass der Flanschformstempelabschnitt 28" als Offsetkontur des Ziehgesenkflanschabschnittes 24'' ausgebildet ist. Der Offset hat den Wert der Dicke P" der Platine 17", so dass durch das überschüssige Material des Flanschabschnitts 23'' dieser gestaucht wird. Der Offset zwischen Ziehstempelbodenabschnitt 26" und Ziehgesenkbodenabschnitt 22" entspricht der Dicke P" der Platine 17". Zwischen Ziehgesenkzargenabschnitt 16'' und Ziehstempelzargenabschnitt 27" ist der Offset um einen in den Fig. 5 a - c nicht dargestellten Ziehspalt erhöht, um während des Fertigformens und Kalibrierens einen Materialfluss zwischen den unterschiedlichen Abschnitten des Blechrohteils 5" zu ermöglichen.
Mit der Vorrichtung lässt sich somit beispielsweise ein hochmaßhaltiges, besäumtes Halbschalenteil 3" herstellen, das in der Fig. 6 in perspektivischer Ansicht dargestellt ist.
Eine weitere Variante einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt Fig. 7, mit der eine weitere Form eines flanschlosen Halbschalenteils 3''', wie es in Fig. 8 in perspektivischer Ansicht dargestellt ist, hergestellt werden kann.
Der einzige Unterschied zu der in Fig. 5a - c gezeigten Vorrichtung besteht darin, dass der Flanschformstempel 33''' seitlich eine Ausnehmung mit einer Schneidkante 10''' aufweist, so dass nach dem Besäumen des Blechrohteils 5''' und durch das weitere Zufahren der Vorrichtung der Endabschnitt des Blechrohteils 5''' in die Ausnehmung überführt wird. Das flanschlose Halbschalenteil 3''' ist fertig geformt und kalibriert.
Die Hochmaßhaltigkeit der flanschlosen oder flanschbehafteten Halbschalenteile 3, 3', 3", 3''' wird dadurch gefördert, dass durch die Stauchung der gesamte Querschnitt in einem plastischen Zustand überführt wird und Spannungen dadurch gezielt ausgerichtet werden können.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Halbschalenteils mit einem Ziehstempel (1, 1', 1") und einem Ziehgesenk (2, 2', 2"), wobei in einem einzigen Arbeitsschritt der Ziehstempel (1, 1', 1'') in das Ziehgesenk (2, 2', 2") eingefahren wird, eine Platine (17, 17', 17") zu einem Blechrohteil (5, 5', 5") mit mindestens einem Bodenabschnitt (4, 4', 4"), mindestens einem Zargenabschnitt (14, 14', 14") und optional einem Flanschabschnitt (23") vorgeformt wird, wobei während des Vorformens mit dem Ziehstempel (1, 1', 1") ein Materialüberschuss in den Bodenabschnitt (4, 4', 4"), den Zargenabschnitt (14, 14', 14") und/oder den optionalen Flanschabschnitt (23") des Blechrohteils (5, 5', 5") eingebracht wird, und das Blechrohteil (5, 5', 5") zu einem Halbschalenteil (3, 3', 3") fertiggeformt und kalibriert wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Blechrohteil (5, 5', 5") in dem einzigen Arbeitsschritt, vorzugsweise unter Verwendung einer am Ziehstempel (1, 1', 1") angeordneten Schneidkante (10, 10', 10"), besäumt wird.
Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Ziehstempel (1, 1', 1") verwendet wird, der mindestens einen in Richtung des Ziehgesenks (2, 2', 2") vorstehend positionierbaren Bodenstempel (6, 6', 6") und eine korrespondierende Bodenstempelaufnahme (7, 7', 7") aufweist, und mit dem in vorstehender Position angeordnetem Bodenstempel (6, 6', 6") während des Vorformens des Blechrohteils (5, 5', 5") der Materialüberschuss in den Bodenabschnitt (4, 4', 4"), den Zargenabschnitt (15, 15', 15") und/oder den optionalen Flanschabschnitt (23") des Blechrohteils (5, 5', 5") eingebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
das Blechrohteil (5, 5', 5") durch Einfahren des Bodenstempels (6, 6', 6") in die Bodenstempelaufnahme (7, 7', 7"), sobald der Bodenstempel (6, 6', 6") auf dem an dem Ziehgesenk (2, 2', 2") anliegenden Blechrohteil (5, 5', 5') aufgesetzt hat, fertiggeformt und kalibriert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Schneidkante (10, 10', 10") zeitgleich mit dem Aufsetzen des Bodenstempels (6, 6', 6") auf dem an dem Ziehgesenk (2, 2', 2") anliegenden Blechrohteil (5, 5', 5") mit dem Blechrohteil (5, 5', 5") in Kontakt gebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
während des Fertigformens und Kalibrierens der Materialüberschuss vom Bodenabschnitt (4, 4', 4") des Blechrohteils (5, 5', 5") in den Zargenabschnitt (15, 15', 15") des Blechrohteils (5, 5', 5") gedrückt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Blechrohteil (5, 5', 5") unter Verwendung einer Stauchfläche (11, 11"), insbesondere unter Verwendung einer sich an die Schneidkante (10) anschließenden Stauchfläche (11), zumindest in einem Zargenabschnitt (15, 15"), vorzugsweise auch in einem Bodenabschnitt (4, 4"), gestaucht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Platine (17, 17', 17") zumindest zu Beginn des Vorformens mit einem Niederhalter (18, 18', 18") gehalten wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
aus dem Blechrohteil (5, 5', 5") ein flanschloses Halbschalenteil (3, 3') oder ein flanschbehaftetes Halbschalenteil (3") hergestellt wird.
Vorrichtung zur Herstellung eines Halbschalenteils mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit einem Ziehstempel (1, 1', 1") und einem Ziehgesenk (2, 2', 2"), wobei die Vorrichtung Mittel zum Einfahren des Ziehstempels (1, 1', 1") in das Ziehgesenk (2, 2', 2") aufweist, zwischen Ziehstempel (1, 1', 1") und Ziehgesenk (2, 2', 2") eine Platine (17, 17', 17") positionierbar ist, die Platine mit dem Ziehstempel in ein Blechrohteil (5, 5', 5") vorformbar ist, der Ziehstempel (1, 1', 1") Mittel zur Einbringung eines Materialüberschusses in einen Bodenabschnitt (4, 4', 4"), einen Zargenabschnitt (15, 15', 15") und/oder einen optionalen Flanschabschnitt (23") des Blechrohteils (5, 5', 5") aufweist und das Blechrohteil (5, 5', 5") mit dem Ziehstempel (1, 1', 1") zu einem Halbschalenteil (3, 3', 3") fertiggeformt und kalibriert werden kann,
dadurch gekennzeichnet, dass
Mittel zum Besäumen, insbesondere mindestens eine am Ziehstempel (1, 1', 1") angeordnete Schneidkante (10, 10', 10") vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Ziehstempel (1, 1', 1") mindestens einen in Richtung des Ziehgesenks (2, 2', 2") vorstehend positionierbaren Bodenstempel (6, 6', 6") und eine korrespondierende Bodenstempelaufnahme (7, 7', 7") aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Ziehgesenk (2, 2', 2") mindestens eine der Schneidkante (10, 10', 10") des Ziehstempels (1, 1', 1") zugeordnete Freimachung (12, 12', 12") aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Tiefe (T, T', T") der Freimachung (12, 12', 12") mindestens der Platinendicke (P, P', P") der umzuformenden Platine (17, 17', 17") entspricht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 oder 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Ziehgesenk (2, 2', 2") eine Einlaufverrundung, insbesondere eine an der Freimachung angeordnete Einlaufverrundung (13, 13', 13"), aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Schneidkante (10, 10', 10") in vollständig in das Ziehgesenk eingefahrener Position des Ziehstempels in Tiefziehrichtung beabstandet von einer am Ziehgesenk (2, 2', 2"), insbesondere an der Freimachung (12, 12', 12"), angeordneten Gegenschneidkante (14, 14") oder auf gleicher Höhe wie die Gegenschneidkante (14') angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Gegenschneidkante (14, 14', 14") abgerundet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Ziehstempel (1, 1', 1") eine Stauchfläche (11, 11"), insbesondere eine sich direkt an die Schneidkante (10) anschließende Stauchfläche (11), aufweist.