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Dokumentenidentifikation DE19646122C2 10.04.2003
Titel Niederhalter für die segmentweise Steuerung des Materialflusses
Anmelder Forschungsgesellschaft Umformtechnik mbH, 70174 Stuttgart, DE
Erfinder Siegert, Klaus, Prof. Dr.-Ing., 71063 Sindelfingen, DE
Vertreter Rumrich, G., Dipl.-Ing. Pat.-Ing., Pat.-Anw., 09116 Chemnitz
DE-Anmeldedatum 08.11.1996
DE-Aktenzeichen 19646122
Offenlegungstag 20.05.1998
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 10.04.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 10.04.2003
IPC-Hauptklasse B21D 24/08
IPC-Nebenklasse B21D 22/22   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Niederhalter für die segmentweise Steuerung des Materialflusses beim Ziehen großer Blechformteile, wobei der Niederhalter getrennt vom Ziehstempel bewegbar ist und mehrere nebeneinander angeordnete Segmente aufweist, die Segmente einzeln durch eine über dem Ziehweg steuer- bzw. regelbare Einzelniederhalterkraft beaufschlagbar sind und deren in Richtung zum Blech weisende Oberfläche Niederhalteroberflächensegmente bildet. Der Niederhalter findet vorzugsweise in Ziehwerkzeugen für Blechformteile, die in einfach wirkenden Pressen mit hydraulischen Zieheinrichtungen im Pressentisch eingebaut werden, beim Tiefziehen nicht axialsymmetrischer großer Blechformteile, z. B. PKW- Karosserieteile wie Kotflügel, Motorhauben- und Heckdeckelbeplankungen, Anwendung. Zum Ziehen dieser großen Blechformteile werden derzeitig meist dreiteilige Werkzeuge aus Grauguß oder Stahlguß eingesetzt. Dabei wird das Blech meist zwischen einem Niederhalter und einem Ziehrahmen geführt. Beim Umformvorgang führt der Pressenstößel eine Vorschubbewegung in Richtung des Bleches aus, wobei das Blech über die Ziehkante des in Vorschubbewegung angeordneten Ziehrahmens (Matrize) gezogen wird. Dabei ist es erforderlich, daß das Blech kontrolliert einfließt. Um dieses kontrollierte Einfließen und damit ein riß- und faltenfreies einwandfreies Ziehteil zu gewährleisten, müssen über den Umfang gezielte Fließbedingungen geschaffen bzw. eingehalten werden. Die Beeinflussung des Werkstoffflusses wird über folgenden Maßnahmen realisiert:

  • 1. Größe des Blechbereiches (Platinenform) zwischen Niederhalter und Ziehrahmen:

    Größere Blechbereiche bewirken höhere Reibungs- und Umformkräfte und behindern den Werkstofffluß. Demgegenüber bewirkt die Verringerung des Blechzuschnittes eine Begünstigung des Einfließens.
  • 2. Ziehsicken:

    Über Ziehsicken wird durch Biegeumformung und Reibung das Einfließen des Werkstoffes behindert.
  • 3. Abklemmsicken:

    Über Abklemmsicken wird ein Werkstofffluß vollständig verhindert.
  • 4. Beeinflussung der Reibung zwischen dem Blech und den beiden Ziehrahmen durch folgende Möglichkeiten:
    • a) Durch Variieren des Spaltes zwischen beiden Ziehrahmen ergeben sich bei einem geringeren Spalt höhere und bei einem größeren Spalt niedrigere Reibungskräfte.
    • b) Durch Art und Menge des Schmierstoffes zwischen den Ziehrahmen und dem Blech läßt sich örtlich das Einfließen des Bleches über die Ziehkante begünstigen oder behindern.
    • c) Es ist möglich, durch örtliche Einleitung von Niederhalterkräften den Niederhalter elastisch so zu verformen, daß sich unterschiedliche Flächenpressungen ergeben. Durch die Anwendung geeigneter Sensoren und den Aufbau von Regelkreisen ist es möglich, das Einfließen des Bleches über die Ziehkante im geschlossenen Regelkreis bei Vorgabe einer Soll- Einlaufkurve zu steuern. Jedoch ist hierbei bisher eine eindeutige Zuordnung der Niederhalterkraft für bestimmte Flächenbereiche nicht gegeben.

Eine Niederhaltervorrichtung, die es gestattet, wahrend des gesamten Tiefziehvorganges einen konstanten Niederhalterdruck beizubehalten wird in der DE 29 35 814 A1 beschrieben. Eine eindeutige geometrische Zuordnung von Niederhaltersegmenten zu hierauf wirkenden Niederhalterkräften ist hiermit jedoch nicht möglich.

Aus DE 26 09 916 A1 ist ein Niederhalter bekannt, der aus einzelnen Niederhalterelementen (Segmenten) besteht. Die Segmente werden aus Zylindern gebildet, die unterschiedlich mit Druck beaufschlagbar sind und somit eine Zuordnung der Einzelniederhalterkraft ermöglichen. Die Segmente sind nicht miteinander verbunden, so daß in der Gesamtheit kein einteiliger Ziehrahmen gebildet wird. Die Segmente wirken unmittelbar oder mittelbar über einen ringförmigen Blechhalter mit der Niederhalterkraft auf die Platine. Der gesamte Aufbau des Niederhalters ist sehr aufwendig, da jedes Segment aus einem zylindrischen Gehäuse besteht, gleichaxial mit der äußeren Zylinderwand eine weitere Zylinderwand angeordnet ist. Der Innenraum des Gehäuses ist in einen inneren Zylinderraum und einen äußeren zylindermantelförmigen Ringraum aufgeteilt. In den Innenraum des inneren Zylinderraums taucht ein Druckkolben mit einer Kolbenstange ein. Die einzelnen Segmente sind nicht miteinander verbunden. In DE 29 35 814 A1 wird ebenfalls eine Niederhaltervorrichtung an einer Tiefziehpresse beschrieben, dabei weist das Segment in Form eines Niederhalterelementes im Wesentlichen den gleichen aufwendigen Aufbau wie in DE 26 09 916 A1 auf.

Aus der WO/96/24449 ist es bekannt, den Niederhalter in Richtung zur Platine mit einer Kunststoffschicht zu versehen. Dabei sind jedoch Niederhalter und Stempel nicht getrennt zueinander bewegbar, sondern der Niederhalter ist direkt am Stempel angebracht und federnd und/oder elastisch ausgebildet. Der Niederhalter ist entweder ringförmig gestaltet oder er besteht aus mehreren Stempeln, die am Umfang verteilt angeordnet sind. Als Niederhalterwerkstoff wird ein Elastikkörper, vorzugsweise Polyurethanschaum) verwendet. Die Belastbarkeit eines Niederhalters ist begrenzt.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Niederhalter für die segmentweise Steuerung des Materialflusses zu entwickeln, der eine hohe Belastbarkeit und einen einfachen konstruktiven Aufbau aufweist, wobei die einzelnen Segmente miteinander gelenkig zu einem einteiligen Niederhalter verbunden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des ersten Patentanspruches gelöst.

Der Niederhalter für die segmentweise Steuerung des Materialflusses beim Ziehen großflächiger, nicht rotationssymmetrischer Blechformteile wird dabei an seiner in Richtung zum Blech weisenden Oberfläche in Niederhalteroberflächenbereiche unterteilt und besteht erstmalig aus einem Verbund metallischer Segmente, die in einem Kunststoffrahmen formschlüssig eingebettet sind. Die Segmente werden einzeln durch eine über dem Ziehweg steuer- bzw. regelbare Einzelniederhalterkraft oder eine Gruppe von Einzelniederhalterkräften beaufschlagt, wobei der Kunststoffrahmen die Segmente so zu einem einteiligen Niederhalter verbindet, daß eine klare Zuordnung der Einzelniederhalterkraft oder der Gruppe von Einzelniederhalterkräften zu den Niederhalteroberflächenbereichen gegeben ist. Der Kunststoffrahmen übernimmt dabei die Aufgabe einer gelenkigen Verbindung.

In Richtung zum Blech ist der Niederhalter mit einer durchgängigen Kunststoffoberflächenschicht versehen, deren Dicke vorzugsweise 10 bis 15 mm beträgt. Die Kunststoffoberflächenschicht kann zur weiteren Beeinflussung des Materialflusses mit gleitfördernden Substanzen, insbesondere Graphit oder Molybdändisulfid, versehen werden. Der Abstand zwischen den in Richtung zum Blech weisenden Oberkanten der Segmente sollte vorzugsweise in der Größenordnung von 5 bis 10 mm liegen.

Zur segmentweisen Steuerung des Materialflusses beim Ziehen großflächiger, nicht rotationssymmetrischer Blechformteile wird pro Niederhalteroberflächenbereich am Pressenbedienbildschirm die Flächenpressung angezeigt. Lediglich durch die Eingabe einer neuen Flächenpressung oder eines prozentualen Differenzwertes für das jeweilige Niederhalteroberflächenbereich wird die zugehörige Einzelniederhalterkraft oder die Gruppe von Einzelniederhalterkräften geändert.

Dabei kann eine bestimmte Niederhalterkraft z. B. durch direkte Einwirkung der Stangenkraft eines Hydraulikzylinders, oder ggf. einer Gruppe von Hydraulikzylinderstangenkräften, einem bestimmten Segment und damit dem entsprechenden Niederhalteroberflächenbereich eindeutig zugeordnet werden, d. h. pro Niederhalteroberflächenbereich ergibt sich eine zugeordnete Niederhalterkraft.

Die Erfindung koppelt somit die Vorteile eines einteiligen Niederhalters bestehend aus unabhängig voneinander verschiebbaren Segmenten mit den Vorteilen eines segmentierten Niederhalters durch die Verbindung der einzelnen Segmenze mit einem hinreichend flexiblen Kunststoffrahmen. Neuartige Polyurethane und verstärkte, vorzugsweise nylonverstärkte Kunststoffe oder Kunststoffe auf Nylonbasis bieten die Möglichkeit, in Ziehwerkzeuge integriert werden zu können. Sie sind sozusagen die Gelenke zwischen den Segmenten des Niederhalters.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 Grundaufbau eines Ziehwerkzeuges in einer einfach wirkenden mechanischen oder hydraulischen Presse mit hydraulischer Zieheinrichtung im Pressentisch

Fig. 2 Unterteilung der Druckfläche des Niederhalters in Niederhalteroberflächenbereiche

Fig. 3 Schematische Darstellung der im Kuststoffrahmen angeordneten Segmente

Fig. 4 Ausschnitt eines Niederhalters mit einer in Richtung zum Blech weisenden durchgängigen Schicht

In Fig. 1 wird der Grundaufbau eines Ziehwerkzeuges in einer einfach wirkenden mechanischen oder hydraulischen Presse mit hydraulischer Zieheinrichtung im Pressentisch P dargestellt. Das Blech 1 wird zwischen dem Niederhalter 2(auch unterer Ziehrahmen genannt) und einem oberen Ziehrahmen 3 geführt. Beim Abfahren des Pressenstößels 4 wird das Blech 1 über die Ziehkannte 5 des Ziehrahmens 3 vom Ziehstempel 6 eingezogen. Auf den aus einem Kunststoffrahmen mit eingebetteten Segmenten (in dieser Darstellung nicht erkennbar) bestehenden Niederhalter 2 wirken die Kolbenstangen 7 der Druckzylinder 8, wobei jedem Segment eine Kolbenstange 7 und ein Druckzylinder 8 zugeordnet sein kann, so daß auf jedes Segment eine Einzelniederhalterkraft FE wirkt. Über die Ventile 9 wird die Einzelniederhalterkraft FE über die Maschinensteuerung (nicht dargestellt) geregelt.

Die Unterteilung der Druckfläche D des Niederhalters 2 ist in Fig. 2 dargestellt. Die Druckfläche D wird entsprechend der zu erwartenden und geforderten Fließbedingungen des Bleches 1 in Niederhalteroberflächenbereiche E1, E2 bis En unterteilt. Jedem Niederhalteroberflächenbereich E1, E2 bis En wird nachfolgend ein Segment 10.1, 10.2 bis 10.n zugeordnet (s. Fig. 3). Die Segmente 10.1, 10.2 bis 10.n sind formschlüssig in einem Kunststoffrahmen 11 angeordnet, der entsprechende Ausnehmungen 12.1 bis 12.n aufweist und die Funktion einer gelenkigen Verbindung zwischen den Segmenten 10.1, 10.2 bis 10.n übernimmt.

Der Kunststoffrahmen 11 weist gem. Fig. 4 eine durchgängige Schicht 13 auf, die zwischen den Segmenten 10.1 bis 10.n und dem Blech 1 angeordnet ist. Die Dicke H der Schicht 13sollte in der Größenordnung von 10 bis 15 mm liegen. Der Abstand A der in Richtung zum Blech weisenden Oberseiten der Segmente beträgt ca. 5 bis 10 mm. Auf der Rückseite der Segmente 10.1, 10.2 bis 10.n wirken die Einzelniederhalterkräfte FE1 bis FEn.

Die Schicht 13 kann zusätzlich durch das Einbringen gleitfördernder Substanzen, z. B. Graphit, Molybdändisulfid (MoS2) speziell auf die Reibung zwischen Blech 1 und Niederhalter 2 optimiert werden.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird ein Niederhalter 2 in Form eines Verbundes von Kunststoffrahmen 11 und metallischen Segmenten 10.1 bis 10.n geschaffen, der einen einfachen konstruktiven Aufbau aufweist und in eleganter Weise die Vorteile eines einteiligen Niederhalters mit den Vorteilen eines segmentierten Niederhalters verbindet.

Mit dem neuartigen Niederhalter und dem Verfahren zur Steuerung der Niederhalterkraft ist es möglich, die Niederhalterkraft FE1 bis FEn den Niederhalteroberflächenbereichen E1 bis En des Niederhalters 2 eindeutig zuzuordnen und auch während des Umformvorganges gezielt zu beeinflussen. Bezugszeichenliste 1 Blech

2 Niederhalter

3 Ziehrahmen

4 Stößel

5 Ziehkannte

6 Ziehstempel

7 Kolbenstangen

8 Zylinder

9 Ventile

10.1 . . . 10.n Segmente

11 Kunststoffrahmen

12.1 . . . 12.n Ausnehmungen

13 Schicht oder Platte

A Abstand

D Druckfläche

E1 . . . En Niederhalteroberflächenbereiche

FE1 . . . FEn Einzelniederhalterkräfte

P Pressentisch


Anspruch[de]
  1. 1. Niederhalter für die segmentweise Steuerung des Materialflusses beim Ziehen großflächiger Blechformteile, wobei der Niederhalter (2) getrennt vom Ziehstempel (6) bewegbar ist und mehrere nebeneinander angeordnete Segmente (10.1 bis 10.n) aufweist, wobei die Segmente (10.1 bis 10.n) einzeln durch eine über dem Ziehweg steuer- bzw. regelbare Einzelniederhalterkraft beaufschlagbar sind und deren in Richtung zum Blech (1) weisende Oberfläche des Niederhalters (2) Niederhalteroberflächenbereiche (E1 bis En) bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Segmente (10.1 bis 10.n) des Niederhalters (2) in einen Kunststoffrahmen (11) formschlüssig eingebettet sind, so daß die Segmente (10.1 bis 210n) über den Kunststoffrahmen (11) zu einem einteiligen Niederhalter (2) verbunden werden wobei der Kunstsstoffrahmen (11) die Aufgabe einer elastischen Verbindung zwischen den Segmenten (10.1 bis 10.n) übernimmt.
  2. 2. Niederhalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Kunststoffrahmens (11) in Richtung zum Blech (1) 10 bis 15 mm beträgt.
  3. 3. Niederhalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den in Richtung zum Blech (1) weisenden Oberkanten der Segmente (10.1 bis 10.n) 5 bis 10 mm beträgt.
  4. 4. Niederhalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Niederhalteroberflächenbereiche (E1 bis En) entsprechend der zu erwartenden und geforderten Fließbedingungen des Bleches (1) unterteilt sind.






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