DE102009056405A1 - Umformeinrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Umformeinrichtung (1) mit einem Umformwerkzeug (2), in das ein zu verformendes Werkstück (4) einbringbar ist, wobei das Umformwerkzeug (2) einen Druckmittelanschluss (4) zum Aufbringen eines Umformdrucks auf das Werkstück (4) aufweist, und eine Matrize (5) besitzt, an welche sich das zu verformende Werkstück (4) bei Druckbeaufschlagung anlegt. Erfindungswesentlich ist dabei, dass die Matrize (5) zumindest bereichsweise aus einem porösen Material (7) ausgebildet ist, das ein sich beim Umformen des Werkstücks (4) zwischen dem Werkstück und der Matrize (5) angesammeltes Medium aufnehmen und/oder ableiten kann. Hierdurch kann ein exaktes Umformen insbesondere dünnwandiger Werkstücke (4) erreicht werden.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Umformeinrichtung mit einem Umformwerkzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Aus der DE 101 39 135 A1 ist eine gattungsgemäße Umformeinrichtung mit einem Umformwerkzeug bekannt, in welches ein zu verformendes Werkstück einbringbar ist und wobei das Umformwerkzeug einen Druckmittelanschluss zum Aufbringen eines Umformdrucks auf das Werkstück aufweist. Zugleich weist das Umformwerkzeug eine Matrize auf, an welche sich das zu verformende Werkstück während des Umformvorgangs anlegt. Ein Umformen des Werkstücks erfolgt dabei durch Aufbringen eines sehr hohen Drucks, wobei stets die Gefahr bestehen kann, dass beispielsweise Luft in lokalen Bereichen zwischen dem umzuformenden Werkstück und der Matrize eingeschlossen wird, wodurch sich das umzuformende Werkstück in diesen Bereichen nicht vollständig an die Matrize anlegt und dadurch Maßungenauigkeiten entstehen.
• Um derartige Maßungenauigkeiten zuverlässig verhindern zu können, weist die Umformeinrichtung eine Entlüftungsleitung auf, mit der die Umgebung in Verbindung steht. Bei sehr empfindlichen Bauteilen, wie beispielsweise Bipolarplatten mit einer sehr geringen Blechdicke von 0,1 mm, würden sich jedoch – abhängig von einem Bohrungsdurchmesser – entsprechende Abzeichnungen am umzuformenden Werkstück, das heißt insbesondere an der umzuformenden Bipolarplatte, ergeben, wodurch ein einwandfreies Umformen nicht mehr gewährleistet werden kann.
• Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für eine Umformeinrichtung der gattungsgemäßen Art, eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die insbesondere auch ein exaktes und einwandfreies Umformen sehr dünnwandiger Werkstücke ermöglicht.
• Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand des abhängigen Anspruchs.
• Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, zumindest einen Teil einer Matrize eines Umformwerkzeuges aus einem porösen Material auszubilden, das in der Lage ist, ein während eines Umformvorganges sich zwischen einem umzuformenden Werkstück und der Matrize sammelnde Medium aufzunehmen bzw. abzuleiten, so dass sich das umzuformende Werkstück während des Umformvorgangs vollständig und sauber an die Matrize anlegen und dadurch ein einwandfreier Umformvorgang gewährleistet werden kann. Das Umformwerkzeug ist dabei Teil einer Umformeinrichtung, wobei das Umformwerkzeug einen Druckmittelanschluss zum Aufbringen des Umformdrucks auf das Werkstück aufweist. Die Matrize besitzt üblicherweise eine Vertiefungen aufweisende Gravur, an welche sich das zu verformende Werkstück bei Druckbeaufschlagung anlegt. Die Matrize ist dabei erfindungsgemäß zumindest in Bereichen, in welchen die Gefahr eines unerwünschten Medieneinschlusses besteht, aus einem porösen Material ausgebildet, so dass das sich dort während des Umformvorganges eingeschlossene Medium, beispielsweise Luft, in das poröse Material verflüchtigen oder über diese abgeleitet werden kann. Mit der erfindungsgemäßen Umformeinrichtung ist dabei insbesondere ein Umformen von sehr dünnwandigen Bauteilen auf höchstem Niveau möglich, da anders als bei Entlüftungsbohrungen bei den zumindest teilweise aus einem porösen Material ausgebildeten Matrizen nicht die Gefahr besteht, dass sich durch die Entlüftungsbohrungen am umzuformenden Werkstück entsprechende Abzeichnungen ergeben.
• Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist der poröse Bereich der Matrize aus einem Sintermetall gebildet. Ein derartiges Sintermetall weist eine Porenstruktur auf, die die Aufnahme des Mediums, beispielsweise als Speicher, oder aber auch eine Ableitung desselben, beispielsweise nach außen, ermöglicht. Beim Sintern werden üblicherweise Pulvermassen zunächst derart geformt, dass wenigstens ein minimaler Zusammenhalt der Pulverpartikel gegeben ist. Der so vorgepresste Grünling wird im Anschluss durch Wärmebehandlung unterhalb der Schmelztemperatur verdichtet und ausgehärtet. Die Herstellung des Grünlings erfolgt üblicherweise entweder durch ein Verpressen von Pulvermassen oder durch Formung und anschließendes Trocknen. Der Sintervorgang an sich läuft in drei Stadien ab, während deren sich die Porosität und das Volumen des Grünlings deutlich verringert. Innerhalb dieser drei Stadien kann direkt Einfluss auf die Porosität und die Festigkeit des herzustellenden Sintermaterials genommen werden, so dass die Matrize in den erforderlichen Bereichen individuell beispielsweise auf das umzuformende Werkstück eingestellt werden kann. Darüber hinaus sind derartige Sintermaterialien heutzutage kostengünstig und in nahezu beliebiger Ausgestaltung erhältlich, wodurch auch ein flexibles Anpassen der Umformeinrichtung an sich verändernde Randbedingungen möglich ist.
• Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
• Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
• Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
• Dabei zeigen, jeweils schematisch:
• 1 eine erfindungsgemäße Umformeinrichtung mit einem Umformwerkzeug und einem darin eingelegten und noch umzuformenden Werkstück,
• 2 eine Darstellung wie in 1, jedoch während des Umformvorganges,
• 3 eine Darstellung wie in 2, jedoch kurz vor Ende des Umformvorganges.
• Entsprechend den 1 bis 3, weist eine erfindungsgemäße Umformeinrichtung 1 ein Umformwerkzeug 2 auf, wovon in den 1 bis 3 jeweils lediglich eine obere Hälfte dargestellt ist. Das Umformwerkzeug 2 besitzt dabei einen Druckmittelanschluss 3 zum Aufbringen eines Umformdrucks auf ein umzuformendes Werkstück 4, beispielsweise eine Bipolarplatte. Darüber hinaus besitzt das Umformwerkzeug 2 eine Matrize 5, an welche sich das zu verformende Werkstück 4 bei einer Druckbeaufschlagung (vgl. die 2 und 3) anlegt. Da es bei einem Umformprozess, wie er gemäß den 2 und 3 dargestellt ist, unter Umständen zu einem Medieneinschluss 6 im Bereich zwischen dem umzuformenden Werkstück 4 und der Matrize 5 kommen kann, ist die Matrize 5 erfindungsgemäß zumindest bereichsweise aus einem porösen Material 7 ausgebildet, das ein sich beim Umformen des Werkstücks 4 zwischen diesem und der Matrize 5 angesammeltes Medium aufnehmen und/oder ableiten kann.
• Durch die zumindest bereichsweise aus einem porösen Material 7 ausgebildete Matrize 5 ist somit eine formtreue Anlage des Werkstücks 4 an die Matrize 5 beim Umformprozess zu erreichen, da sich das eingeschlossene Medium im Bereich von beispielsweise Vertiefungen der Matrize 5 problemlos in das Porenvolumen des porösen Materials 7 verdrängen lässt. Denkbar ist dabei, dass das poröse Material 7 in dem Umformwerkzeug 2 abgeschlossen ist, so dass eine Medienaufnahme während des Umformprozesses ausschließlich in dem Porenvolumen des porösen Materials 7 erfolgt. Denkbar ist aber auch, dass das poröse Material 7 über eine optionale Leitung 8, beispielsweise mit einer Umgebung verbunden ist und dadurch den beim Umformprozess auftretenden Druck nach außen ableiten kann. Das poröse Material 7 kann dabei beispielsweise als Sintermetall ausgebildet sein oder ein Sintermetall aufweisen.
• Mit der erfindungsgemäßen Umformeinrichtung 1 lassen sich insbesondere auch sehr dünnwandige Werkstücke 4, wie beispielsweise Bipolarplatten mit einer Blechdicke von ca. 0,1 mm, exakt umformen, ohne dass befürchtet werden muss, dass zu Abdrücken bzw. Markierungen an einer Werkstückoberfläche kommt, wie dies bei bisher bekannten Druckableitungskanälen der Fall wäre. Insbesondere bei sehr dünnwandigen Werkstücken 4 kann durch die zumindest bereichsweise aus einem porösen Material 7 ausgebildete Matrize 5 auch eine Beschädigung, insbesondere eine Lochung, des Werkstücks 4 verhindern. Eine derartige Lochung kann in Abhängigkeit eines Durchmessers eines Druckableitungskanals unter Umständen auftreten. Ohne die Leitung 8 dient somit das poröse Material 7 als temporärer Druckspeicher, der den durch den Medieneinschluss 6 auftretenden Druck während des Umformprozesses aufnehmen kann. Dadurch, dass das eingeschlossene Medium, beispielsweise Luft, durch das poröse Material 7 abgeführt bzw. temporär aufgenommen, zwischengespeichert werden kann, kann das Werkstück 4 beim Umformprozess durch den dann wirkenden Druck bis an die Oberfläche der Matrize 5 angelegt werden, wodurch maßliche Abweichungen am Werkstück 4 im Vergleich zur Matrize 5 vermieden werden können. Die erfindungsgemäße Umformeinrichtung 1 ermöglicht dabei insbesondere ein formtreues und exaktes Umformen von dünnwandigen Werkstücken 4, ohne dass hierbei befürchtet werden muss, dass diese durch einen direkt an eine Oberfläche der Matrize 5 führenden Druckableitungskanal beeinflusst bzw. beschädigt werden.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• DE 10139135 A1 [0002]

Claims (2)

1. Umformeinrichtung (1) mit einem Umformwerkzeug (2), in das ein zu verformendes Werkstück (4) einbringbar ist, wobei das Umformwerkzeug (2) einen Druckmittelanschluss (4) zum Aufbringen eines Umformdrucks auf das Werkstück (4) aufweist, und eine Matrize (5) besitzt, an welche sich das zu verformende Werkstück (4) bei Druckbeaufschlagung anlegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrize (5) zumindest bereichsweise aus einem porösen Material (7) ausgebildet ist, das ein sich beim Umformen des Werkstücks (4) zwischen dem Werkstück und der Matrize (5) angesammeltes Medium aufnehmen und/oder ableiten kann.
2. Umformeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das poröse Material (7) ein Sintermetall ist.

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