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Dokumentenidentifikation DE10000138A1 12.07.2001
Titel Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Formteilen
Anmelder Binder Technologie AG, Gams, CH
Erfinder Binder, Carsten, Gams, CH
Vertreter Glöser, O., Pat.-Anw., 85107 Baar-Ebenhausen
DE-Anmeldedatum 04.01.2000
DE-Aktenzeichen 10000138
Offenlegungstag 12.07.2001
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.07.2001
IPC-Hauptklasse B21D 22/00
IPC-Nebenklasse B21D 26/02   B21D 22/20   
Zusammenfassung Ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen, bei dem ein Formteilmaterial an einem Formwerkzeug zur Anlage kommend verformt wird, wird dadurch verbessert, daß nach einer Vorverformung des Formteilmaterials bis zur weitgehenden Anlage an dem Formwerkzeug an mindestens einer Stelle, an der das Formteilmaterial an dem Formwerkzeug anliegt, ein Gleitmedium zwischen Formteilmaterial und Formwerkzeug eingebracht wird und das Formteilmaterial dann durch den Umformdruck in seine endgültige Form gebracht wird.
Bei einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dazu an mindestens einer Stelle, an der das Formteilmaterial (3, 12) während des Verformens vor dem Erreichen der endgültigen Form an dem Formwerkzeug (2, 10, 11, 16,. 17) anliegt, ein Gleitmedium zwischen Formteilmaterial (3, 12) und Formwerkzeug (2, 10, 11) einbringbar.

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Formteilen, bei denen ein Formteilmaterial an einem Formwerkzeug zur Anlage kommend verformt wird.

Bei den eingangs erwähnten Verfahren und Vorrichtungen kann es sich beispielsweise um Innen-Hochdruck-Umformung handeln, bei der ein Rohr oder dergleichen von einem meist zwei- oder mehrteilig gestalteten Formwerkzeug umgeben ist und von einem Druckmedium im Inneren druckbeaufschlagt wird. Um den Umformvorgang kontrollieren zu können, ist häufig auch außerhalb des zu verformenden Rohres oder dergleichen ein Druckmedium vorgesehen, dessen Druck geringer als der Innendruck ist, so daß eine gezielte Umformung bis zur vollständigen Anlage an das Formwerkzeug erfolgt.

Daneben sind auch Tiefziehverfahren und -vorrichtungen bekannt, bei denen ein Blech von einem Druckmedium, gegebenenfalls über eine Membran, in ein Tiefziehwerkzeug verformt wird. Auch hier wird auf der anderen Seite des Bleches ein weiteres Druckmedium vorgesehen, das über einen Druckunterschied eine gezielte Verformung des Bleches bewirkt.

Schließlich sind auch seit langem Stempel-Matrize-Werkzeuge bekannt, mit denen ein, üblicherweise am Rand gehaltenes Blech von dem Stempel mechanisch in die Matrize gezogen und dabei verformt wird.

Bei allen Arten von Verformungsverfahren und -vorrichtungen kommt das Formteilmaterial zu unterschiedlichen Zeitpunkten während des Verformungsvorganges an dem Formwerkzeug zur Anlage, d. h. insbesondere Eckbereiche oder stark gekrümmte Bereiche werden als letztes ausgeformt. Während des Verformungsvorganges soll das Formteilmaterial über möglichst weite Bereiche gleiten, so daß nach der Verformung eine möglichst einheitliche Materialstärke vorliegt. Gerade in den Eckbereichen oder stark gekrümmten Bereichen ergeben sich hier Schwierigkeiten, da bei der Ausformung dieser Bereiche schon große Flächen des Formteilmaterials an dem Formwerkzeug anliegen und durch den Umformdruck und die Reibung an der Formwerkzeugoberfläche das Gleiten des Materials verhindert wird. Somit stehen besonders für die Ausformung von Eckbereichen und stark gekrümmten Bereichen nur geringe Materialmengen zur Verfügung, so daß diese Bereiche nach der Ausformung eine geringe Materialstärke aufweisen oder gar bei der Verformung reißen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht demnach darin, die aufgezeigten Schwierigkeiten zu vermeiden und ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit denen Formteile mit auch in Eckbereichen oder stark gekrümmten Bereichen weitgehend gleichmäßiger Materialstärke hergestellt werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgesehen, daß nach einer Vorverformung des Formteilmaterials bis zur weitgehenden Anlage an dem Formwerkzeug an mindestens einer Stelle, an der das Formteilmaterial an dem Formwerkzeug anliegt, ein Gleitmedium zwischen Formteilmaterial und Formwerkzeug eingebracht wird und das Formteilmaterial dann durch den Umformdruck in seine endgültige Form gebracht wird. Das Gleitmedium dringt zwischen Formwerkzeug und Formteilmaterial ein und bildet dort gewissermaßen eine Gleitschicht, auf der das Formteilmaterial bei der weiteren Verformung gleiten kann. Zur Ausgestaltung von Eckbereichen oder stark gekrümmten Bereichen steht also ein weitaus größerer Teil der gesamten Masse des Formteilmaterials zur Verfügung, so daß bei dem fertigen Formteil eine weitgehend einheitliche Materialstärke mit etwa gleicher Festigkeit gegeben ist. Als Formteilmaterialien kommen unter anderem Bleche, Rohre oder dergleichen zum Einsatz.

Vorzugsweise wird das Gleitmedium mit einem Druck eingebracht, der höher als der jeweilige Umformdruck ist. Das Gleitmedium wird also zwischen Formteilmaterial und Formwerkzeug eingepreßt, wobei besonders bevorzugt der Druck des Gleitmediums bis zu 10% höher ist, wodurch ein Abheben und Verformen des Formteilmaterials von dem Formwerkzeug weg vermieden wird.

Vorteilhaft ist es, als Gleitmedium Öl zu verwenden, das beispielsweise als Kriechöl besonders gut zwischen Formteilmaterial und Formwerkzeug eindringt.

Vorteilhafte Verfahren zur Einbringung des Gleitmediums bei verschiedenen Formwerkzeugen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen. Erfolgt die Umformung des Formteilmaterials durch Druckmedien, so ist es besonders günstig, als Gleitmedium das gleiche Druckmedium zu verwenden. Als Druckmedien kommen beispielsweise übliche Emulsionen von Wasser mit Zusatzstoffen, insbesondere zur Erhöhung des Schmiereffektes, als Korrosionsschutz und gegen Algenbildung zum Einsatz.

Bei einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist an mindestens einer Stelle, an der das Formteilmaterial während des Verformens vor dem Erreichen der endgültigen Form an dem Formwerkzeug anliegt, ein Gleitmedium zwischen Formteilmaterial und Formwerkzeug einbringbar.

Dabei ist der Druck des Gleitmediums vorzugsweise höher als der jeweilige Umformdruck, besonder bevorzugt bis zu 10% höher.

Vorteilhaft ist es darüber hinaus, als Gleitmedium Öl zu verwenden.

Das Einbringen des Gleitmediums zwischen Formteilmaterial und Formwerkzeug kann vorteilhafterweise durch Bohrungen in dem Formwerkzeug geschehen, wobei die Bohrungen, insbesondere im Durchmesser, so gestaltet sein müssen, daß ein negativer Effekt durch Eindringen von Formteilmaterial in die Bohrungen vermieden ist. Ebenso vorteilhaft ist es, das Gleitmedium durch ein in dem Formwerkzeug vorgesehenes poröses Material oder über eine in dem Formwerkzeug vorgesehene Nut einzubringen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ausschnittsweise einen Querschnitt eines Tiefziehwerkzeuges,

Fig. 2 ausschnittsweise einen Querschnitt eines Innen-Hochdruck- Umformwerkzeuges,

Fig. 3 ausschnittsweise einen Querschnitt eines anderen Tiefziehwerkzeuges und

Fig. 4 ausschnittsweise einen Querschnitt eines Stempel-Matrize-Werkzeuges.

In der Fig. 1 ist der Querschnitt eines Ausschnittes einer erfindungsgemäßen Tiefziehvorrichtung 1 dargestellt. In das Tiefziehwerkzeug 2 wird als Formteilmaterial ein Blech 3 durch den Druck eines durch die Pfeile 4 angedeuteten Druckmediums verformt, wobei in dem, bei dem dargestellten Verfahrensschritt verbleibenden Raum 5 ebenfalls ein regelbares Druckmedium vorgesehen ist. Der Druck innerhalb des Raumes 5 ist dabei geringer als der durch die Pfeile 4 angedeutete Verformdruck auf das Blech 3. Es genügen dabei geringste Druckunterschiede, was zu einem langsamen Verformungsvorgang führt. Die Druckbeaufschlagung des Bleches 3 könnte durch eine nicht dargestellte Membran oder auch direkt durch das Druckmedium vorgenommen werden. Die Tiefziehvorrichtung ist in bekannter Weise in einer beliebigen Presse angeordnet und die Druckmedien und deren Drücke werden auf herkömmliche Weise bereitgestellt, so daß auf eine zeichnerische Darstellung verzichtet wird.

Im oberen Randbereich des Tiefziehwerkzeuges 2 ist ein poröses Material 6 vorgesehen, in dessen Poren das Blech 3 während der Verformung nicht eindringen kann. Über eine Zuleitung 7 kann das poröse Material 6 mit einem Gleitmedium beaufschlagt werden. Denkbar ist auch ein Einbringen des Gleitmediums durch Bohrungen oder über eine in dem Tiefziehwerkzeug 2 vorgesehen Nut. Als Gleitmedium wird hier günstigerweise das zur Verformung verwendete Druckmedium benutzt, es könnte aber auch Öl oder dergleichen verwendet werden.

Bei dem dargestellten Verfahrensschritt ist das Blech 3 bereits überwiegend an dem Tiefziehwerkzeug 2 zur Anlage gekommen und der Eckbereich 8 ist noch auszuformen. Über die Zuleitung 7 und das poröse Material 6 wird dazu ein Gleitmedium mit einem Druck, der bis zu 10% höher als der jeweils größte Druck der beiden Druckmedien ist, zwischen Blech 3 und Tiefziehwerkzeug 2 eingebracht. Wegen der vorliegenden Druckunterschiede dringt das Gleitmedium in den anliegenden Bereich zwischen Tiefziehwerkzeug 2 und Blech 3 ein und bildet gewissermaßen eine Gleitschicht bis zu dem Raum 5. Das Blech 3 wird nun aufgrund der Druckunterschiede der Druckmedien zu beiden Seiten des Bleches in den Eckbereich 8 verformt, wobei wegen des Gleitmediums das Material des Bleches 3 vom porösen Material 6 bis zum noch nicht ausgeformten Eckbereich 8 für ein Gleiten in den Eckbereich 8 zur Verfügung steht.

Bei der in der Fig. 2 dargestellten Innen-Hochdruck-Umform-Vorrichtung 9 sind vergleichbare Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die IHU-Vorrichtung 9 besteht aus zwei Formwerkzeughälften 10, 11, zwischen denen sich das zu verformende Rohr 12 befindet. Dabei kommen im Inneren und außerhalb des Rohres wieder Druckmedien zum Einsatz, aufgrund deren Druckunterschiede das Rohr 12 verformt wird. Die IHU-Vorrichtung 9 befindet sich in bekannter Weise in einer, die beiden Formwerkzeughälften 10, 11 verschließenden Presse.

Dargestellt ist wiederum der Arbeitsschritt, bei dem das Rohr 12 überwiegend an der Oberfläche der Formwerkzeughälften 10, 11 zur Anlage gekommen ist und die Eckbereiche 8 auszuformen sind. Dazu wird über Zuleitungen 7 in den Formwerkzeughälften 10, 11 ein Gleitmedium durch ein poröses Material 6 mit einem Druck der größer als der jeweils größte Druck der beiden Druckmedien zwischen Rohr 12 und Formwerkzeughälften 10, 11 eingebracht. Durch die Druckverhältnisse erfolgt wiederum ein Gleitmediumsfluß vom porösen Material 6 in die Räume 5, so daß eine, ein Gleiten des Rohrmaterials erlaubende Gleitschicht für das Rohr 12 vorliegt. Nun erfolgt die endgültige Ausformung des Rohres 12 zu dem gewünschten Formteil.

In der Fig. 3 ist eine andere Tiefziehvorrichtung 13 dargestellt. Das entsprechende Tiefziehwerkzeug 2 weist einen stark gekrümmten Bereich 14 auf, in den das Blech 3 verformt werden soll. Wiederum kommen zu beiden Seiten des Bleches 3 Druckmedien zum Einsatz und die gesamte Vorrichtung befindet sich in einer herkömmlichen Presse. Um eine Gleitschicht für das bereits an dem Tiefziehwerkzeug 2 anliegende Blech 3 zu erzeugen, ist wieder ein poröses Material 6 vorgesehen, durch das über eine Zuleitung 7 ein Gleitmedium mit einem Druck, der größer als der jeweils größte der beiden ersten Druckmedien ist, zwischen Blech 3 und Tiefziehwerkzeug 2 eingebracht werden kann. Nach dem Einbringen des Gleitmediums erfolgt wieder die Endverformung des Bleches 3, wobei ein Gleiten des Materials über weite, bereits an dem Tiefziehwerkzeug 2 anliegende Bereiche möglich ist.

Fig. 4 zeigt schließlich ein Stempel-Matrize-Werkzeug 15 bei dem ein Stempel 16 ein Blech 3 an einer Matrize 17 zur Anlage kommend verformt. Das Blech 3 wird dabei von Niederhaltern 18 gehalten. In dem Stempel 16 und in der Matrize 17 sind Nuten 19 angeordnet, die über Zuleitungen 7 mit einem Gleitmedium beaufschlagt werden können.

Das zunächst unverformt zwischen den Niederhaltern 18 und der Matrize 17 gehaltene Blech 3 wird in einer vorverformenden Stufe durch Einfahren des Stempels 16 in die Matrize 17 in herkömmlicher Weise so verformt, daß es weitgehend an dem Stempel zur Anlage kommt. Die Nuten in dem Stempel 16 und der Matrize 17 sind dabei so angeordnet, daß sie in den Bereichen der Werkzeuge verlaufen, an denen das Blech 3 nach der Vorverformung anliegt. Über die Zuleitungen 7 wird nun ein Gleitmedium, beispielsweise ein Öl oder dergleichen, unter Druck in die Nuten 19 eingebracht. Der Druck des Gleitmediums ist dabei höher als der gerade anliegende Umformdruck, so daß das Gleitmedium zwischen das Blech 3 und den Stempel 16 bzw. die Matrize 17 eindringen und eine Gleitschicht ausbilden kann, auf der das Blech 3 während der Verformung gleitet. Das Blech wird dann durch den Umformdruck des Stempels 16 in seine endgültige Form gebracht. Die Vornahme der Endverforumung kann dabei sowohl während des Einbringens des Gleitmediums als auch im Anschluß daran erfolgen.

Im Bereich des Raumes 20, in den das Blech 3 während der Endverformung verformt wird, muß gegebenenfalls eine Möglichkeit zur Entfernung von überschüssigem Gleitmedium, das von den Nuten 19 aus in den Raum 20 geflossen ist, vorgesehen sein, um eine vollständige Verformung des Belches 3 an die Matrize 17 zu ermöglichen. Denkbar wäre es auch, die Form der Matrize 17 so zu gestalten, daß auch nach der Endverformung des Bleches 3 ein Bereich verbleibt, in dem das Blech 3 nicht an der Matrize 17 anliegt und in dem sich überschüssiges Gleitmedium ansammeln kann.

Es versteht sich, daß eine Anwendung der erfindungsgemäßen Gleitschicht zwischen zu verformendem Material und Formwerkzeug über die genannten Beispiele hinaus überall dort denkbar ist, wo ansonsten ein Materialgleiten während der Verformung durch den hohen Anpreßdruck auf bereits an dem Formwerkzeug anliegende Materialbereiche verhindert wird.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zur Herstellung von Formteilen, bei dem ein Formteilmaterial an einem Formwerkzeug zur Anlage kommend verformt wird, dadurch gekennzeichnet, daß nach einer Vorverformung des Formteilmaterials bis zur weitgehenden Anlage an dem Formwerkzeug an mindestens einer Stelle, an der das Formteilmaterial an dem Formwerkzeug anliegt, ein Gleitmedium zwischen Formteilmaterial und Formwerkzeug eingebracht wird und das Formteilmaterial dann durch den Umformdruck in seine endgültige Form gebracht wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitmedium mit einem Druck eingebracht wird, der höher als der jeweilige Umformdruck ist.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des Gleitmediums bis zu 10% höher ist.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Gleitmedium Öl verwendet wird.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitmedium durch Bohrungen in dem Formwerkzeug eingebracht wird.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitmedium durch ein in dem Formwerkzeug vorgesehnes poröses Material eingebracht wird.
  7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitmedium durch eine in dem Formwerkzeug vorgesehene Nut eingebracht wird.
  8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Formwerkzeug ein Stempel-Matrize-Werkzeug verwendet wird.
  9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Formwerkzeug eine Matrize verwendet wird, gegen die das Formteilmaterial von einem Druckmedium verformt wird.
  10. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Formteilmaterial auf beiden Seiten von einem Druckmedium umgeben ist und das Formteilmaterial aufgrund eines Druckunterschiedes der beiden Druckmedien verformt wird.
  11. 11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Gleitmedium ein Druckmedium verwendet wird.
  12. 12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an mindestens einer Stelle, an der das Formteilmaterial (3, 12) während des Verformens vor dem Erreichen der endgültigen Form an dem Formwerkzeug (2, 10, 11, 16, 17) anliegt, ein Gleitmedium zwischen Formteilmaterial (3, 12) und Formwerkzeug (2, 10, 11) einbringbar ist.
  13. 13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitmedium mit einem Druck einbringbar ist, der höher als der jeweilige Umformdruck ist.
  14. 14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des Gleitmediums bis zu 10% höher ist.
  15. 15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß als Gleitmedium Öl vorgesehen ist.
  16. 16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitmedium durch Bohrungen in dem Formwerkzeug (2, 10, 11, 16, 17) einbringbar ist.
  17. 17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitmedium durch ein in dem Formwerkzeug (2, 10, 11, 16, 17) vorgesehenes poröses Material (6) einbringbar ist.
  18. 18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitmedium über eine in dem Formwerkzeug (2, 10, 11, 16, 17) vorgesehene Nut (19) einbringbar ist.
  19. 19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Formwerkzeug ein Stempel-Matrize-Werkzeug (16, 17) ist.
  20. 20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Formwerkzeug eine hydromechanische Tiefziehmatrize (2) ist.
  21. 21. Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitmedium im oberen Randbereich der Matrize (2) einbringbar ist.
  22. 22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Formwerkzeug ein Innen-Hochdruck-Umform-Werkzeug (10, 11) ist.






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