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Dokumentenidentifikation DE102007009705B3 31.10.2007
Titel Bearbeitungsvorrichtung sowie Verfahren zur Herstellung und Bearbeitung von Formteilen unterschiedlicher dreidimensionaler Struktur
Anmelder AUDI AG, 85057 Ingolstadt, DE
Erfinder Grumptmann, Ferry, 85055 Ingolstadt, DE;
Haller, Bernd, Dr., 85055 Ingolstadt, DE
DE-Anmeldedatum 28.02.2007
DE-Aktenzeichen 102007009705
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 31.10.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 31.10.2007
IPC-Hauptklasse B21D 43/00(2006.01)A, F, I, 20070228, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B23Q 3/00(2006.01)A, L, I, 20070228, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Bearbeitungsvorrichtung zur Herstellung und Bearbeitung von Formteilen unterschiedlicher dreidimensionaler Struktur gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, eine Fertigungslinie nach dem Patentanspruch 7 sowie ein Verfahren zur Herstellung und Bearbeitung der Formteile nach dem Patentanspruch 9.

Die Herstellung und Bearbeitung von Fahrzeugkarosserieteilen als Blechformteile erfolgt im Allgemeinen in mehreren aufeinander folgenden Fertigungsstufen, bei denen zunächst in einer ersten Fertigungsstufe die umformtechnisch wesentlichen Bereiche des Blechformteils tiefgezogen werden. Im Anschluss folgen weitere Fertigungsstufen, wie beispielsweise Beschneiden, Nachformen, Weiterziehen, Einstellen, Abstellen usw.

Aufgrund der Vielzahl von Fertigungsstufen zur Herstellung der Karosserieteile ergeben sich hohe Werkzeugkosten. Die Karosserieteile sind daher nur bei hoher Formteilstückzahl kostengünstig herstellbar.

Im Fahrzeugbau werden regelmäßig auch Sondermodelle gefertigt, die hinsichtlich der Karosserie auf Serienmodellen basieren, jedoch davon zum Teil abweichen. Derartige Sondermodelle werden im Vergleich zu Serienmodellen meist nur in geringer Stückzahl in Kleinserie produziert. Da jedoch auch zur Herstellung der Sondermodell-Karosserieteile ein kompletter Werkzeugsatz benötigt wird, liegen hier die Herstellungskosten relativ hoch.

Aus der DE 101 35 561 C1 ist ein gattungsgemäßes Verfahren zur Herstellung und Bearbeitung von Formteilen unterschiedlicher dreidimensionaler Struktur bekannt. Bei der Herstellung von Sondermodell-Karosserieteilen, die zwar auf den entsprechenden Serienmodell-Karosserieteilen basieren, jedoch teilweise unterschiedlicher dreidimensionaler Struktur sind, werden zunächst aus einer Pressenlinie für die Serienmodell-Karosserieteile teilweise bearbeitete Blechformteile ausgeschleust. Die ausgeschleusten Blechformteile werden dann in einer separaten Sondermodell-Bearbeitungsstation der dreidimensionalen Struktur der Sondermodell-Karosserieteile angepasst.

Es ist somit nachteilig eine von der Pressenlinie für die Serienmodell-Karosserieteile separate Bearbeitungsstation vorzusehen, in der die dreidimensionale Struktur der Sondermodell-Karosserieteile nachgeformt wird. Das Ausschleusen der teilweise fertig gestellten Blechformteile aus der Fertigungsstraße für die Serienmodell-Karosserieteile in eine separate Bearbeitungsstation ist fertigungstechnisch aufwendig und teuer.

Aus der WO 2004 105 976 A1 ist ein weiteres Verfahren zur Herstellung von Fahrzeugteilen bekannt, bei dem zunächst aus einem Ausgangsmaterial ein dreidimensional vorgeformtes Serienteil hergestellt wird. Anschließend wird aus dem vorgeformten Serienteil ein individualisiertes Teil hergestellt, indem mittels eines dornartigen Umformwerkzeugs eine dreidimensionale Kontur in das Serienteil eingeprägt wird. Aus der DE 44 17 460 B4 ist ein weiteres Verfahren zur Herstellung von Blechformteilen durch Streck- oder Tiefziehen bekannt. Während eines Umformprozesses wird das Blechformteil mittels eines Druckmediums gegen eine Matrize gepresst. Die Matrize kann aus verschiebbaren Segmenten zusammengesetzt sein, wodurch die Matrizenkontur veränderbar ist. Aus der DE 40 34 625 C2 ist ein Ziehverfahren bekannt, bei dem ein Blechformteil in einem Einspannrahmen eingespannt ist und mittels eines aus einem Stempelkopf und einer Matrize bestehenden Bearbeitungswerkzeugs tiefgezogen wird.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Bearbeitungsvorrichtung, eine Fertigungslinie sowie ein Verfahren zur Herstellung und Bearbeitung von Formteilen unterschiedlicher dreidimensionaler Struktur bereitzustellen, bei der in einfacher und kostengünstiger Weise Formteile, etwa Karosserieteile, unterschiedlicher dreidimensionaler Struktur kostengünstig gefertigt werden können.

Die Aufgabe ist durch eine Bearbeitungsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1, eine Fertigungslinie mit den Merkmalen des Patentanspruches 7 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüche offenbart.

Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 sind das Einspannwerkzeug und das Bearbeitungswerkzeug der Bearbeitungsvorrichtung jeweils zumindest zweiteilig mit standartisierten, formteilunabhängigen Trägerkörpern und auf den Trägerkörpern lösbar montierbaren, formteilabhängigen ersten Wechselteilen ausgebildet. Die ersten Wechselteile sind in Eingriff mit einem ersten Formteil bringbar und dessen dreidimensionaler Struktur angepasst. Bei einem Wechsel auf ein zweites Formteil unterschiedlicher dreidimensionaler Struktur sind die ersten Wechselteile der Einspann- und Bearbeitungswerkzeuge mit zweiten Wechselteilen austauschbar, die der dreidimensionalen Struktur des zweiten Formteils angepasst sind. Fertigungstechnisch vorteilhaft ist es hierbei, dass Karosserieteile unterschiedlicher Modelle, etwa eines Serienmodells und eines Sondermodells, mit derselben Bearbeitungsvorrichtung herstellbar sind, ohne für das Sondermodell-Karosserieteil eine zusätzliche Bearbeitungsvorrichtung bereitzustellen. Vielmehr werden die dem Serienmodell angepassten Wechselteile der Einspann- und Bearbeitungswerkzeuge lediglich mit den, dem Sondermodell angepassten Wechselteilen ausgetauscht.

Bevorzugt können die standardisierten Trägerkörper der Einspann- und Bearbeitungswerkzeuge positionsgenau und kraftschlüssig an einem Werkzeugträger befestigt sein. Durch die fest vorpositionierten Trägerkörper ist die Relativlage der austauschbaren Wechselteile stets vorbestimmt. Bei einem Modellwechsel können daher die Wechselteile der Einspann- und Bearbeitungswerkzeuge einfach lagerichtig in der Bearbeitungsvorrichtung montiert werden.

Das Einspannwerkzeug kann ein Niederhalter sein, der mit seiner Niederhalter-Form das zu bearbeitende Formteil gegen einen Niederhalter-Aufsatz anpresst. Um die Lagegenauigkeit des Niederhalters in Bezug auf das Formteil sowie eine Wiederholgenauigkeit bei der Bearbeitung zu gewährleisten, kann der Niederhalter das Formteil großflächig einspannen, so dass lediglich ein zu bearbeitender Bereich des Formteils freigelegt und dem Bearbeitungswerkzeug zugänglich ist. Das Einspannwerkzeug kann dabei bevorzugt unabhängig von dem Bearbeitungswerkzeug betätigt werden.

Im o. g. Ausführungsbeispiel können die Niederhalter-Form und der Niederhalter-Aufsatz als formteilabhängige Wechselteile lösbar an jeweilige Trägerkörper montiert sein. Bei einem Modellwechsel werden somit der Niederhalter-Aufsatz und die Niederhalter-Form von den Trägerkörpern demontiert und mit entsprechend angepassten Wechselteilen ausgetauscht.

In einem Ausführungsbeispiel kann das Bearbeitungswerkzeug zwei, auf gegenüberliegenden Seiten des Karosserieteils bzw. des Formteils angeordnete Schieber aufweisen, die zueinander bewegbar sind, um das eingespannte Formteil, etwa in einem Einstell-Vorgang, zu formen. Die beiden Schieber des Bearbeitungswerkzeugs können jeweils als formteilabhängige Wechselteile lösbar an jeweilige Trägerkörper des Bearbeitungswerkzeugs montiert sein.

In einer weiteren Ausführungsform können die, das Bearbeitungswerkzeug bildenden Schieber auf Schieberbetten abgestützt sein, die zusammen mit den Schiebern jeweils eine separate Baueinheit ergeben. Der Baueinheit kann darüber hinaus ein Schiebertreiber zugeordnet sein, der den Schieber antreibt. Die so gestalteten Baueinheiten sind in Abhängigkeit von der dreidimensionalen Struktur eines herzustellenden Karosserieteils auswechselbar. Auf diese Weise bildet die jeweilige Baueinheit das formteilabhängige Wechselteil im Sinne der Erfindung, während der Werkzeugträger, auf dem die jeweilige Baueinheit montiert ist, das formteilunabhängige Wechselteil bildet.

Zur Herstellung von insbesondere Karosserieteilen ist eine Reihe von Fertigungsschritten erforderlich, die üblicher Weise mit einem Tiefziehvorgang beginnen, in dem die umformtechnisch wesentlichen Bereiche ausgebildet werden. In Folgeschritten schließen sich beispielsweise das Beschneiden, Nachformen, Einstellen, Abstellen usw. an. Diese Fertigungsschritte werden in dafür vorgesehene Bearbeitungsvorrichtungen einer Pressenlinie vorgenommen. Vorteilhaft kann jede der Bearbeitungsvorrichtungen der Pressenlinie erfindungsgemäß ausgebildet sein. Die Pressenlinie kann daher für Karosserieteile unterschiedlicher Fahrzeugmodelle einfach umgerüstet werden.

Nachfolgend sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Figuren gezeigt.

Es zeigen:

1 in einem Blockschaltdiagramm eine Fertigungslinie zur Herstellung eines Seitenwandrahmens für eine Fahrzeugkarosserie;

2 eine Bearbeitungsvorrichtung der Fertigungslinie gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;

3 u. 4 jeweils Seitenwandrahmen unterschiedlicher dreidimensionaler Struktur;

5 die Bearbeitungsvorrichtung entsprechend der 2 mit ausgetauschten Wechselteilen; und

6 eine Bearbeitungsvorrichtung entsprechend der 2 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.

In der 1 ist grob schematisch in einem Blockschaltdiagramm eine Pressenlinie zur Herstellung von Seitenwandrahmen 1, 3 angedeutet, wie sie in den 3 und 4 in Seitenansicht gezeigt sind. Die Pressenlinie weist eine Reihe von beispielhaft in der 1 gezeigten Bearbeitungsvorrichtungen 5 bis 8 auf. Diese führen jeweils unterschiedliche Fertigungsschritte am jeweiligen Seitenwandrahmen 1, 3 durch, beginnend mit einem Tiefziehvorgang in der Bearbeitungsvorrichtung 5, in der die umformtechnisch wesentlichen Bereiche im Blechformteil ausgebildet werden, und gefolgt von den Bearbeitungsvorrichtungen 6, 7, 8 zum Beschneiden, Einstellen und Fertigformen. Nach der letzten Bearbeitungsvorrichtung 8 wird der Seitenwandrahmen 1, 3 in eine Heftstation 9 einer Fertigungsstraße geschleust, in der der fertig geformte Seitenwandrahmen 1, 3 an einer Fahrzeugkarosserie ausgerichtet wird.

In der 2 ist die Einstellvorrichtung 7 gezeigt, in der ein Einstell-Vorgang am Seitenwandrahmen erfolgt. Die Einstellvorrichtung 7 weist ein Werkzeugträger-Oberteil bzw. Pressen-Oberteil 11 und ein Werkzeugträger-Unterteil bzw. Pressen-Unterteil 13 auf, zwischen denen ein Einspannwerkzeug 15 zum Einspannen des Seitenwandrahmens 1 angeordnet ist.

Das Einspannwerkzeug 15 weist eine obere Niederhalter-Form 16 auf, die gemäß der 2 den Seitenwandrahmen 1 gegen einen unterseitigen Niederhalter-Aufsatz 17 presst. Die mit dem Seitenwandrahmen 1 in Kontakt befindlichen Anlageflächen 18 der Niederhalter-Form 16 und des Niederhalter-Aufsatzes 17 sind gemäß der 2 der dreidimensionalen Struktur des Seitenwandrahmens 1 angepasst und großflächig mit dem Seitenwandrahmen 1 in Verbindung. Lediglich ein zu bearbeitender Randbereich 19 ist von der Einspannvorrichtung 15 freigelegt. Der zu bearbeitende Randbereich 19 des Seitenwandrahmens 1 ist gemäß der 2 zwischen einem Füllschieber-Backen 21 und einem Arbeitsschieber-Backen 23 des Bearbeitungswerkzeugs 20 angeordnet. Zur Einstell-Bearbeitung des Randbereiches 19 wird das Werkzeugträger-Oberteil 11 gegen das Werkzeugträger-Unterteil 13 verstellt. Dadurch wird der Seitenwandrahmen 1 im Einspannwerkzeug 15 großflächig eingespannt. Mit der Hubbewegung des Werkzeugträger-Oberteils 11 nach unten wird ein Schiebertreiber 24 mit seiner schräg angestellten Steuerfläche gegen eine korrespondierende Kontaktfläche des Trägerkörpers 26 des Arbeitsschieber-Backens 23 gedrückt. Dadurch bewegt sich der Arbeitsschieber-Backen 23 in Richtung des Randbereichs 19, während sich gleichzeitig der Füllschieber-Backen 21 in Richtung des Arbeitsschieber-Backens 23 bewegt, um den Randbereich 19 einzustellen.

Wie aus der 2 hervorgeht, sind die Niederhalter-Form 16 sowie der Niederhalter-Aufsatz 17 als Wechselteile über Schraubverbindungen 25 lösbar mit Trägerkörper 26 in Verbindung. In gleicher Weise sind die Füllschieber-Backen 21 und die Arbeitsschieber-Backen 23 über Schraubverbindungen 25 mit weiteren Trägerkörpern 26 lösbar in Verbindung. Die Trägerkörper 26 der Einstellvorrichtung 7 sind hierbei formteilunabhängige Standard-Komponenten. Demgegenüber sind die Niederhalter-Form 16, der Niederhalter-Aufsatz 17 sowie der Füllschieber-Backen 21 und der Arbeitsschieber-Backen 23 als formteilabhängige Komponenten in Eingriff mit dem Seitenwandrahmen 1 bringbar. Entsprechend sind diese Komponenten der dreidimensionalen Struktur des Seitenwandrahmens 1 angepasst.

Nachfolgend ist der Fall beschrieben, dass bei einem Modellwechsel vom Seitenwandrahmen 1 gemäß der 3 auf die Herstellung des Seitenwandrahmens 3 gemäß der 4 die Einstellvorrichtungen 5, 6, 7, 8 der Pressenlinie umgerüstet werden müssen. Die Umrüstung auf den Seitenwandrahmen 3 der 4 ist nachfolgend beispielhaft anhand der Einstellvorrichtung 7 beschrieben. Demzufolge werden die Wechselteile des Einspannwerkzeugs 15, nämlich die Niederhalter-Form 16 und der Niederhalter-Aufsatz 17, von den zugeordneten Trägerkörpern 26 gelöst. In gleicher Weise werden auch die Wechselteile des Bearbeitungswerkzeugs, nämlich die Schieber-Backen 21, 23, von den zugeordneten Trägerkörpern 26 gelöst und mit zweiten Wechselteilen ausgetauscht, die der dreidimensionalen Struktur des neuen Seitenwandrahmens 3 angepasst sind.

Die an den Seitenwandrahmen 3 unterschiedlicher dreidimensionaler Struktur angepasste Einstellvorrichtung 7 ist in der 4 dargestellt. Daraus geht hervor, dass die in der 2 gezeigten formteilabhängigen Wechselteile 16, 17 des Einspannwerkzeugs 15 sowie die Wechselteile 21, 23 des Bearbeitungswerkzeugs mit den neuen Wechselteilen ausgetauscht sind, nämlich der Niederhalter-Form 27 und dem Niederhalter-Aufsatz 28 des Einspannwerkzeugs 15, sowie den Schiebern 29, 30 des Bearbeitungswerkzeugs 20.

In gleicher Weise wie die gezeigte Einstellvorrichtung 7 sind auch die Einspannwerkzeuge und Bearbeitungswerkzeuge der anderen Bearbeitungsvorrichtungen 5, 7, 8 der Pressenlinie mit formteilunabhängigen Trägerkörpern 26 sowie formteilabhängigen Wechselteilen ausgebildet, die eine einfache und schnelle Anpassung der Fertigungslinie zur Herstellung des neuen Seitenwandrahmens 3 ermöglichen.

In der 6 ist die Bearbeitungsvorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt, deren Aufbau grundsätzlich dem der Bearbeitungsvorrichtung gemäß der 2 oder der 5 entspricht. Im Unterschied zur 5 sind der Füllschieber 30, 26 und der Arbeitsschieber 29, 26 jeweils auf einem zugeordneten Schieberbett 31 und 33 abgestützt. Die beiden Schieberbetten 31, 33 sind wiederum mittels Schraubverbindungen 25 auf dem unteren Werkzeugträger 13 montiert. Das Schieberbett 31 bildet zusammen mit dem Füllschieber 30, 26 eine separat handhabbare Baueinheit, die in Baukastenweise vom unteren Werkzeugträger 13 demontierbar ist. In gleicher Weise bildet der Arbeitsschieber 29, 26 zusammen mit dem Schieberbett 33 sowie dem zugeordneten Schiebertreiber 24 eine separate Baueinheit.

Im Falle eines Modellwechsels können daher nicht nur die jeweiligen Füllschieber-Backen 30 bzw. Arbeitsschieber-Backen 29 ausgewechselt werden, sondern vielmehr die beiden Baueinheiten als solche, wodurch das Bearbeitungswerkzeug 20 sowie das Einspannwerkzeug 15 noch flexibler dem Modellwechsel angepasst werden kann.


Anspruch[de]
Bearbeitungsvorrichtung zur Herstellung und Bearbeitung von Formteilen (1, 3) unterschiedlicher dreidimensionaler Struktur, insbesondere Karosserieteile eines Kraftfahrzeugs, mit einem Einspannwerkzeug (15) zum Einspannen eines Formteils (1, 3) und einem Bearbeitungswerkzeug (20) zum Umformen oder spanabhebenden Bearbeiten des eingespannten Formteils (1, 3), dadurch gekennzeichnet, dass das Einspannwerkzeug (15) und das Bearbeitungswerkzeug (20) der Bearbeitungsvorrichtung jeweils zumindest zweiteilig mit standartisierten, formteilunabhängigen Trägerkörpern (26) und auf den Trägerkörpern (26) lösbar montierbaren, formteilabhängigen ersten Wechselteilen (16, 17, 21, 23) ausgebildet ist, die in Eingriff mit einem ersten Formteil (1) bringbar und der dreidimensionalen Struktur des ersten Formteils (1) angepasst sind, und dass bei einem Wechsel auf ein zweites Formteil (3) unterschiedlicher dreidimensionaler Struktur die formteilabhängigen ersten Wechselteile (16, 17, 21, 23) der Einspann- und Bearbeitungswerkzeuge (15, 20) mit zweiten Wechselteilen (27, 28, 29, 30) austauschbar sind, die der dreidimensionalen Struktur des zweiten Formteils (3) angepasst sind. Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerkörper (26) des Einspannwerkzeugs (15) und die Trägerkörper (26) des Bearbeitungswerkzeugs (20) positionsgenau und kraftschlüssig an einem Werkzeugträger (11, 13) befestigt sind. Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspannwerkzeug (15) ein Niederhalter ist, der mit einer Niederhalter-Form (16) das Formteil (1) gegen einen Niederhalter-Aufsatz (17) drückt. Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederhalter-Form (16) und der Niederhalter-Aufsatz (17) als formteilabhängige Wechselteile lösbar an jeweilige Trägerkörper (26) montierbar sind. Bearbeitungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bearbeitungswerkzeug (20) zwei, auf gegenüberliegenden Seiten des Formteils (1) angeordnete Schieber (21, 23) aufweist, die zum Umformen des eingespannten Formteils (1) zueinander bewegbar sind. Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Schieber (21, 23) jeweils als formteilabhängige Wechselteile lösbar an Trägerkörpern (26) des Bearbeitungswerkzeugs montierbar sind. Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schieber (21, 23) zusammen mit, jeweils die Schieber abstützenden Schieberbetten (31, 33) und/oder mit zugeordneten Schiebertreibern (24) separate Baueinheiten bilden. Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Baueinheiten auf dem Werkzeugträger (13) montierbar ist. Bearbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Baueinheiten formteilabhängige Wechselteile sind, während der Werkzeugträger (13) als formteilunabhängiger Trägerkörper ausgebildet ist. Fertigungslinie zur Herstellung eines Formteils, insbesondere Pressenlinie, mit einer Reihe von Bearbeitungsvorrichtungen (5 bis 8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Fertigungslinie nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Fertigungslinie nach ihrer in Bearbeitungsrichtung letzten Bearbeitungsvorrichtung (8) in eine Fertigungsstation (9) einer Fertigungsstraße mündet, in der das Formteil (1) an eine Fahrzeugkarosserie fügbar ist. Verfahren zur Herstellung und Bearbeitung von Formteilen (1, 3) unterschiedlicher dreidimensionaler Struktur, insbesondere mittels einer Bearbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, in welchem Verfahren bei einem Wechsel von einem ersten Formteil (1) auf ein zweites Formteil (3) unterschiedlicher dreidimensionaler Struktur die mit dem ersten Formteil (1) in Eingriff bringbaren und an dessen dreidimensionale Struktur angepassten ersten Wechselteile (16, 17, 21, 23) des Einspannwerkzeugs (15) und des Bearbeitungswerkzeugs (20) von zugeordneten Trägerkörper (26) der Bearbeitungsvorrichtung (7) demontiert und mit an die dreidimensionale Struktur des zweiten Formteils (3) angepassten zweiten Wechselteilen (27, 28, 29, 30) ausgetauscht werden.






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