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Dokumentenidentifikation DE102006029124A1 27.12.2007
Titel Auskragen von Blechteilen
Anmelder Benteler Automobiltechnik GmbH, 33102 Paderborn, DE
Erfinder Erhardt, Rüdiger, Dr.-Ing., 33102 Paderborn, DE;
Knaup, Hans-Jürgen, 33175 Bad Lippspringe, DE;
Wecker, Georg, 33106 Paderborn, DE
DE-Anmeldedatum 22.06.2006
DE-Aktenzeichen 102006029124
Offenlegungstag 27.12.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.12.2007
IPC-Hauptklasse B21D 19/08(2006.01)A, F, I, 20061107, B, H, DE
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft einen beweglichen Gegenhalter (2) mittels eines mehrteiligen Gelenkprinzips zur selbstständigen Anpassung an ein auszukragendes mit erhöhtem Kragenrand herzustellendes Blech (5).

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Auskragen von dünnwandigen Blechen unter Benutzung eines Gegenhalters und eines Stempels.

Das Kragenziehen in ebenen Blechen findet in der industriellen Praxis breite Anwendung. Beispielsweise wird das Verfahren im Automobilbau für die Herstellung von Versteifungen an Rohbauteilen, von Aufnahmen für Achslager oder von Naben für Lamellenträger eingesetzt.

Das Kragenziehen gehört zu den Zugdruckumformverfahren. Die Formänderungen werden durch tangentiale und radiale Zugspannungen hervorgerufen.

Während des Umformvorganges kommt es innerhalb der Umformzone zu unterschiedlichen Beanspruchungen der Werkstückelemente. Beim Aufstellen des Kragens sind in der Blechkante im Wesentlichen Zugspannungen wirksam. Umformen unter Zugspannungen führt zu einem geringen Umformvermögen und damit zu vergleichsweise frühzeitigem Werkstoffversagen. Die erreichbare Kragenhöhe ist somit durch das Bauteilversagen am Rand begrenzt.

Die Dissertation „Untersuchung zum Aushalsen von Rohren mit starrem Werkzeug unter besonderer Berücksichtigung der Vorlochgeometrie"/2002 von Herrn Cornelius Hentrich/Uni Magdeburg zeigt eine Verfahrensanalyse zum Kaltaushalsen von Rohren, wobei der Schwerpunkt in der Entwicklung einer Berechnungsvorschrift für das Vorlochformen zum Aushalsen und die Berechnung der Aushalshöhe liegt. Das Kragenziehen in ebenen Blechen wird auf Seite 17 bis 23 der Dissertation beschrieben. Der Umformprozess des Aushalsens von Rohren ist mit dem des Ziehens von Kragen in ebenen Blechen vergleichbar, welcher in der Literatur als Bördeln, Tütenziehen, Biegen von Innenborden oder Durchziehen beschrieben wird. Da die Randbedingungen beim Umformen von Rohren auch mit dem Verfahren des Auskragens von Blechen verwandt sind, wird im Folgenden auch auf den Stand der Technik für das Aushalsen von Rohren eingegangen. Die Besonderheit beim Aushalsen von Rohren gegenüber dem Kragenziehen in Blechen stellt nur die gewölbte Ausgangsform des Rohres dar.

Die DE 202 20 397 U1 zeigt eine Aushalsvorrichtung zum Biegen der Ränder eines Loches in einem Rohr. Ein Rohr, das mit einem Kragen versehen werden soll, wird über einen Aufnahmekörper geschoben. Das Rohr wird zuvor mit einem vorgeformten Loch versehen, welches gleichzeitig zur Ausrichtung im Formwerkzeug dient. Während ein Keil gezwungen wird, sich mit seinem breiteren Ende in Richtung auf das Formwerkzeug zu bewegen, wird das Formwerkzeug nach oben bewegt, um die Rohrwandung um das vorgeformte Loch herum nach außen zu drücken. Die Rohnwandung weitet sich um den Rand der vorgeformten Öffnung und bildet einen Abzweigkragen, dessen Gestalt und Richtung mit denen des nach außen tretenden Formwerkzeugs übereinstimmen. Diese Ausführungsform wird zur Vermeidung von Abrieb und Kratzern mit einem elliptischen Loch realisiert. Nachteilig sind die Verformungen und Verbeulungen im Bereich der erhöhten Aushalsung, die sich auch bei der Weiterverarbeitung und beim späteren Einsatz nachteilig auswirken.

Weiter beschreibt die US 2,368,394 A eine Vorrichtung zum Aushalsen von Rohren, bei der das auszuhalsende Rohr auf einen Aufnahmedorn von etwa gleichem Durchmesser aufgesetzt ist, und bei der das auszuhalsende Rohr in weiterer Umgebung der Aushalsstelle von Niederhaltern, die formschlüssig auf dem Rohr aufsitzen, gehalten ist. Zum Aushalsen wirkt ein Aushalskegel mit einer Aushalsmatrize zusammen, wobei der Aushalskegel in Art eines Tiefziehwerkzeugs das im Bereich des Aushalsens vorliegende Material spanlos verformt. Damit der Aushalskegel mit der Aushalsmatrize in der beschriebenen Art zusammenwirken kann, ist am Ort des Aushalsens eine Öffnung vorgesehen, deren Durchmesser kleiner ist, als der Durchmesser des durch das Aushalsen zu bildenden Ansatzstutzens. Bei dieser Vorrichtung, die für starkwandige Rohre vorgesehen ist, ist die Aushalsmatrize zweiteilig ausgebildet. Diese Ausbildung ist für eine wirtschaftliche Anwendung bei dünnenwandigen Rohren ungeeignet. Ein Aushalsen eines dünnwandigen Rohres führt dazu, dass eine nachteilige Ausbeulung im Material während des Aushalsvorganges eintritt. Das Material verformt sich in ungewollter Weise, und bei nicht ausreichend abgerundeten Ecken der Haltebacken besteht zusätzlich die Gefahr des Einreißens, wodurch wiederum ein noch größerer Raum zur ungewollten Verformung des Bleches während des Aushalsens gegeben ist.

Die DE 42 13 490 C1 bezieht sich auf einen zusammengesetzten Formkörper einer Vorrichtung zum Streckziehen eines sphärisch gekrümmten Bleches auf einem aus unmittelbar aneinandergrenzend zusammengesetzten Formelementen bestehenden Formkörper, dessen Elemente eine die Fertigform des Bleches aufweisende Oberflächenkontur bilden, wobei ihre Lage im Formkörper durch axial verstellbare Stempel einstellbar ist. Der Stützkopf des Stempels ist in einer kalottenförmigen Ausnehmung des Stempels angeordnet und ist nach allen Richtungen sich selbst einstellend schwenkbeweglich gehalten. Der Gegenhalter ist daher kein einzelnes Formelement sondern nur ein Teil des formgebenden Werkzeuges und dient somit nicht zur Auskragung eines Bleches.

Beim Kragenziehen in ebenen Blechen treten vergleichbare Beanspruchungen wie beim Aushalsen von Rohren auf. Der Unterschied liegt in den durch das Ausgangsteil Rohr bedingten quantitativ abweichenden Werten für die Blechdickenverringerung, das Aushalsverhältnis und den Kraftbedarf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung mit einem Gegenhalter zum Auskragen von Blechen dahingehend weiterzubilden, dass die Erzeugung eines Aushalskragens hinsichtlich seiner Ausformhöhe prozesssicher und in einfacher Weise erreicht werden kann, wobei sichergestellt wird, dass eine ungewollte Verformung und Ausbeulung oder Einschnürung des Bleches während der Auskragung vermieden wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in der Vorrichtung zum Auskragen der Gegenhalter mittels eines Gelenkprinzips beweglich zur selbstständigen Anpassung an ein auszukragendes Blech ausgeführt ist.

Um ein frühzeitiges Bersten des Materials im Ausformbereich der Auskragung zu verhindern ist ein Stempel verschiebbar geführt, der während des gesamten Ausformvorgangs an dem Blech anliegt und mit einer entgegen der Kraft des Gegenhalters gerichteten Kraft das Blech beaufschlagt, wobei der Gegenhalter mit dem Gegenhaltergrundkörper beweglich gelagert ist. Gleichzeitig wird durch das Zusammenwirken des Stempels mit dem Gegenhalter erreicht, dass sich das Blech im Auskragungsbereich nicht lokal ausdünnt, so dass bis zu einer bestimmten Höhe der Auskragung die Ausformung prozesssicher ablaufen kann. Die Höhe der Auskragung ist abhängig von der Materialausdünnung des Bleches im Bereich der Auskragung.

Der Gegenhalter ist mindestens zweiteilig aufgebaut, dass heißt, dass aus einem Grundkörper und einem wirksamen Gegenhalter ein Gelenkprinzip geschaffen wird. Das Gelenkprinzip kann beispielsweise mit einer Kalotte ausgeführt sein. Die Verbindung zwischen diesen Komponenten besteht aus entgegengesetzt konvexen und konkaven Oberflächen, die tangential zueinander verschiebbar sind. Entsprechend dem Radius der Kalotte wird so eine drehende Bewegung bzw. eine Änderung der Winkellage der Komponenten zueinander zugelassen. Somit erfolgt eine selbstständige Anpassung des Gegenhalters an die jeweilige Bauteillage bezüglich der Blechoberfläche. Um ein axiales Trennen von Gegenhalter und Gegenhaltergrundkörper bzw. ein Verlieren des Gegenhalters im Betrieb zu verhindern, sind beide gegeneinander durch ein geeignetes Verbindungselement, z.B. eine Schraube verbunden. Die Verbindung ist derart ausgeführt, dass die beschriebene Bewegung innerhalb der Kalotte ermöglicht und die Änderung der Winkellage innerhalb vorgegebener Grenzen sichergestellt wird.

Die Verfahrensgrenzen bei der Herstellung einer Auskragung werden erweitert. Die Prozesssicherheit des Ausformvorganges wird gewährleistet und somit wird auch die Ausschussrate bei der Herstellung von Auskragungen an Blechen wesentlich verringert. Die größere Auskragungshöhe wird durch eine ständig gleichmäßige Anlage des Gegenhalters am Kragenrand während der Umformung in einfacher Weise ermöglicht. Die gleichmäßige Anlage des Gegenhalters am Kragenrand gewährleistet eine gleichmäßige Druckspannung im gesamten Kragenrand und vermeidet somit frühzeitiges Bersten im Ausformbereich. Das Umformen unter Druckspannung verbessert das Umformvermögen und ermöglicht somit größere Umformgrade und damit die Herstellung höherer Kragen. Die Auskragung des Bleches mit Unterstützung des Gegenhalters erfordert eine definierte Gegenhalterkraft. Die Gegenhalterkraft kann während des Auskragens aktiv geregelt oder fest eingestellt sein.

Die Gegenhalterkraft wird beispielsweise durch eine unter dem Gegenhaltergrundkörper befindliche Stickstoffgasfeder, einen Hydraulikkolben oder ähnliches aufgebracht, wobei der Gegenhalter während der Umformung kontinuierlich vom Stempel über das dazwischen liegende Blech verdrängt wird.

Durch die weitgehend freie Beweglichkeit bzw. selbsttätige Einstellung der Winkellage erfolgt eine optimale Anpassung des Gegenhalters an die Blechoberfläche. Dies gewährleistet eine gleichmäßige Krafteinleitung auf dem gesamten Kragenumfang und damit eine gleichmäßige Ausbildung von Druckspannungen im gesamten Kragenrand. Die Kraft, die für das Aufstellen des Kragens notwenig ist, erhöht sich durch den Einsatz des Gegenhalters geringfügig um den Betrag der Gegenhalterkraft, was in der Kräftebilanz der gesamten Presse aber keine Rolle spielt.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen:

1 einen Querschnitt des erfindungsgemäßen Gegenhalter mit einem Gegenhalter-Grundkörper vor der Umformung

2 einen Querschnitt des erfindungsgemäßen Gegenhalter mit einem Gegenhalter-Grundkörper nach der Umformung

3 einen Querschnitt des Gelenkprinzips, bestehend aus einem Gegenhalter und einem Gegenhalter-Grundkörper

In der 1 ist ein erfindungsgemäßer Gegenhalter (2) mit einem Gegenhalter-Grundkörper (1) dargestellt. Der Gegenhalter (2) ist mindestens zweiteilig aufgebaut, dass heißt, dass aus einem Gegenhalter-Grundkörper (1) und einem wirksamen Gegenhalter (2) ein Gelenkprinzip geschaffen wird. Der Gegenhalter (2) ist somit mit dem Gegenhalter-Grundkörper (1) beweglich gelagert. Der Stempel (4) ist verschiebbar geführt, wobei der Stempel (4) immer am Blech (5) anliegt. Der Gegenhalter (2) und der Gegenhalter-Grundkörper (1) besitzen entgegengesetzt konkave und konvexe Oberflächen, die tangential zueinander verschiebbar sind und somit eine drehende Bewegung bzw. eine Änderung der Winkellage der Komponenten zueinander ermöglichen. Um ein axiales Trennen bzw. Verlieren des Gegenhalters (2) und des Gegenhalter-Grundkörpers (1) zu verhindern, sind beide gegeneinander durch ein geeignetes Verbindungselement, wie hier dargestellt durch eine Schraube (3), zur axialen Fixierung verbunden. Die Verbindung ist derart ausgeführt, dass die beschriebene Bewegung innerhalb einer Kalotte ermöglicht und die Änderung der Winkellage innerhalb vorgegebener Grenzen sichergestellt ist.

In der 2 wird in einem Umformwerkzeug der Stempel (4) auf das Blech (5) verfahren. Während des gesamten Ausformvorgangs liegt der Stempel (4) an dem umzuformenden Blech (5) an. Mit einer Kraft entgegen der Kraft des Gegenhalters (2) wird das Blech (5) beaufschlagt, wobei der Gegenhalter (2) mit dem Gegenhalter-Grundkörper (1) beweglich gelagert ist. Durch das Zusammenwirken des Stempels (4) und des Gegenhalters (2) wird erreicht, dass sich das Blech (5) im Auskragungsbereich nicht ungleichmäßig ausdünnt und somit reißt. Die Gegenhalterkraft wird beispielsweise durch eine unter dem Gegenhalter-Grundkörper (1) befindliche Stickstoffgasfeder, einen Hydraulikkolben oder ähnliches aufgebracht. Der Gegenhalter (2) wird während der Umformung kontinuierlich vom Stempel (4) über das dazwischenliegende Blech (5) verdrängt.

Die 3 zeigt das zweiteilig aufgebaute Gelenkprinzip als Einzeldarstellung. Der Gegenhalter (2) und der Gegenhalter-Grundkörper (1) sind zueinander in ihrer Winkellage tangential drehbar frei beweglich. Der Gegenhalter (2) ist hier in seiner Winkellage schräg zum Gegenhalter-Grundkörper (1) verschoben. Die Verbindung zwischen dem Gegenhalter (2) und dem Gegenhalter-Grundkörper (1) wird mit einem Verbindungselement, z.B. eine Schraube (3), realisiert. Das Verbindungselement ist derart mit Spiel ausgeführt, dass die Bewegung innerhalb des Gelenkprinzips ermöglicht ist.


Anspruch[de]
Vorrichtung zum Auskragen von dünnwandigen Blechen unter Benutzung eines Gegenhalters (2) und eines Stempels (4), dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenhalter (2) mittels eines Gelenkprinzips beweglich zur selbstständigen Anpassung an ein auszukragendes Blech (5) ausgeführt ist. Vorrichtung zum Auskragen von dünnwandigen Blechen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenkprinzip des Gegenhalters (2) mindestens zweiteilig ist. Vorrichtung zum Auskragen von dünnwandigen Blechen nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenkprinzip aus einem Gegenhalter-Grundkörper (1) und einem Gegenhalter (2) aufgebaut ist. Vorrichtung zum Auskragen von dünnwandigen Blechen nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenhalter-Grundkörper (1) und der Gegenhalter (2) jeweils entgegengesetzt konvexe und konkave Oberflächen haben und dadurch zueinander angepasst sind. Vorrichtung zum Auskragen von dünnwandigen Blechen nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenhalter-Grundkörper (1) und der Gegenhalter (2) tangential zueinander verschiebbar sind. Vorrichtung zum Auskragen von dünnwandigen Blechen nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenhalter-Grundkörper (1) und der Gegenhalter (2) durch ein Verbindungselement (3) verbunden sind, wobei das Verbindungselement ein axiales Trennen von dem Gegenhalter-Grundkörper (1) und dem Gegenhalter (2) verhindert, aber eine tangentiale Bewegung zulässt. Vorrichtung zum Auskragen von dünnwandigen Blechen nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenhalter (2) während des Auskragens mit einem fest eingestellten Druck beaufschlagbar ist. Vorrichtung zum Auskragen von dünnwandigen Blechen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenhalter (2) während des Auskragens mit einem aktiv regelbaren Druck beaufschlagbar ist.






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