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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Werkzeug zum Umformen, insbesondere zum Zugdruckumformen, wie Innenhochdruckumformen, ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils sowie eine Verwendung eines Werkzeugs.
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Beim Umformen, wie beispielsweise beim Innenhochdruckumformen, werden Werkstoffe gezielt in eine andere Form gebracht. Hierfür werden, je nach Verfahren, entsprechende Werkzeuge verwendet. Aufgrund der hohen hierbei wirkenden Drücke und Kräfte besteht eine Herausforderung unter anderem darin, die fertigen Bauteile aus den Werkzeugen zu entnehmen. Bei der Auslegung der Bauteile wie auch der Werkzeuge wird daher auf das Vorhandensein von Entformschrägen in Schließrichtung der Werkzeuge geachtet, um die Haftreibung auf ein Minimum zu reduzieren und das Bauteil möglichst zerstörungsfrei aus dem Werkzeug entnehmen zu können. Bei planparallelen Flächen des Bauteils zur Schließrichtung kann es vorkommen, dass die Haftreibung derart hoch ist, dass die Bauteile nicht mehr manuell oder automatisiert, beispielsweise mit einem Roboter, entnommen werden können. Das Einbringen von Entformschrägen schränkt allerdings die Gestaltungsfreiheit bei der Auslegung der Bauteile ein. Zudem ist es ggf. an manchen Stellen gar nicht möglich, derartige Entformschrägen vorzusehen.
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Die
DE 103 50 147 A1 betrifft ein Innenhochdruck-Umformwerkzeug mit einem Oberteil und einem Unterteil, wobei das Oberteil und/oder das Unterteil zumindest ein Werkzeugsegment aufweist, dessen eine Seite Teil der den Formraum des Werkzeugs begrenzenden Werkzeuggravur ist und dort eine der Umfangsgestalt des Werkstücks formkongruente Kontur bildet, wobei das Oberteil und/oder das Unterteil formraumseitig zumindest teilweise unkonturiert ist und an dieser unkonturierten Stelle eine Aussparung aufweist, in die das Segment aufgenommen ist.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Werkzeug zum Umformen, ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils sowie eine Verwendung eines Werkzeugs anzugeben, welche die vorgenannten Nachteile beseitigen und eine leichte Entnahme der fertigen Bauteile aus den entsprechenden Umformwerkzeugen ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Werkzeug gemäß Anspruch 1, ein Verfahren gemäß Anspruch 9 sowie durch eine Verwendung gemäß Anspruch 10 gelöst. Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
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Erfindungsgemäß umfasst ein Werkzeug zum Umformen, insbesondere zum Zugdruckumformen, wie beispielsweise Innenhochdruckumformen, zumindest eine erste Formhälfte, wobei die erste Formhälfte ein Einsatzteil aufweist oder umfasst, welches ausgelegt ist, ein fertiges Bauteil aus der ersten Formhälfte entlang einer Bewegungsrichtung zu verfahren, und wobei eine Verfahrrichtung des Einsatzteils gegenüber der Bewegungsrichtung des Bauteils, zumindest abschnittsweise, geneigt oder schräg orientiert ist. Das Einsatzteil übernimmt zweckmäßigerweise zwei Funktionen. In einer ersten Funktion formt es abschnittsweise eine Außenkontur des späteren Bauteils, ist also ein Bestandteil der Formhälfte bzw. führt deren Kontur weiter. Zusätzlich ist es ausgelegt, als Auswerfer zu arbeiten, welcher sich gegenüber der ersten Formhälfte verlagern kann, um das fertige Bauteil gegenüber der ersten Formhälfte zu verlagern. Bei dieser Verlagerung bewegt sich das Bauteil, unter anderem auch abhängig von der Geometrie des Werkzeugs bzw. der ersten Formhälfte, entlang der Bewegungsrichtung. Der große Vorteil besteht nun darin, dass die Verfahrrichtung des Einsatzteils von der Bewegungsrichtung zumindest abschnittsweise weg gerichtet ist. Mit anderen Worten entfernt sich das Einsatzteil zumindest abschnittsweise vom Bauteil, was den Vorteil mit sich bringt, dass das Bauteil kraftlos bzw. ohne Kraftaufwand von dem Einsatzteil entnommen werden kann. In einer Endstellung des Einsatzteils liegt das Bauteil also lediglich auf dem Einsatzteil auf. In der Folge ist es möglich, auch Bauteile mit Hinterschnitten, zumindest im Bereich des Einsatzteils, zu fertigen. Durch die reduzierte Reibung beim Entnehmen verringert sich mit Vorteil auch der Werkzeugverschleiß. Gemäß einer Ausführungsform ist das Einsatzteil z. B. hydraulisch betrieben. Die entsprechende Hydraulik kann deutlich kleiner dimensioniert sein als bisher üblich, da der Kraftaufwand durch die geneigte Verfahrrichtung geringer ist.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Werkzeug die erste Formhälfte und eine zweite Formhälfte, welche derart entlang einer Schließrichtung schließbar sind, dass eine Kavität für ein Bauteil geformt werden kann, und wobei die Verfahrrichtung zumindest abschnittsweise geneigt zu der Schließrichtung und von der Kavität weg orientiert ist. Wie bereits vorher dargelegt, bewegt sich das Einsatzteil also auch senkrecht zur Schließrichtung, wodurch das Bauteil beim Ausheben aus der ersten Formhälfte komplett freigegeben wird. Zum Schließen des Werkzeugs müssen nicht beide Formhälften verfahren werden. Es reicht, wenn beispielsweise die zweite Formhälfte in Richtung der ersten Formhälfte verfahren wird, oder auch umgekehrt. Insofern kann jede Formhälfte eine Schließrichtung, welche jeweils in Richtung der anderen Formhälfte orientiert ist, aufweisen oder auch nur eine Formhälfte.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die zweite Formhälfte eine obere Werkzeughälfte und die erste Formhälfte eine untere Werkzeughälfte, wobei das Werkzeug ein Werkzeug zum Innenhochdruckumformen ist. Mit Vorteil ist das Einsatzteil in der unteren Formhälfte vorgesehen. Das Werkzeug kann auch mehr als zwei Werkzeughälften umfassen. Der Ausdruck „Hälfte“ ist also nicht wörtlich zu nehmen.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Werkzeug eine Auswerfeinheit, wobei die Auswerfeinheit zwei Einsatzteile aufweist, und wobei die Verfahrrichtungen der Einsatzteile zumindest abschnittsweise voneinander weg orientiert sind. Zweckmäßigerweise ist die Auswerfereinheit als geteilter Hochheber oder Auswerfer ausgebildet. Die vorgenannte Teilung verläuft gemäß einer Ausführungsform vertikal entlang einer Mittelebene der Kavität. In einer Schließstellung des Werkzeugs kontaktieren sich die beiden Einsatzteile im Bereich der Mittelebene. Beim Öffnen des Werkzeugs und beim Verfahren der Einsatzteile lösen bzw. entfernen sie sich voneinander, aufgrund der unterschiedlichen Verfahrrichtungen, und es bildet sich ein Spalt.
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Zweckmäßigerweise umfasst das Werkzeug eine Vielzahl von Auswerfeinheiten bzw. eine Vielzahl von geteilten Hochhebern/Auswerfern. Zweckmäßigerweise ist die Vielzahl von Auswerfeinheiten entlang der Kavität bzw. entlang einer Längsrichtung des Bauteils bzw. der Kavität angeordnet. Gemäß einer Ausführungsform ist das Bauteil beispielsweise ein längliches Strukturbauteil einer Fahrzeugkarosserie oder eines Fahrzeugrahmens, wie beispielsweise eines Kraftfahrzeugs oder eines Kraftrads. Gemäß einer Ausführungsform sind beispielsweise drei Auswerfereinheiten in der ersten Formhälfte bzw. in der unteren Werkzeughälfte vorgesehen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Verfahrrichtungen in einem Winkel in einem Bereich von etwa 0,5-45° in Bezug auf die Schließrichtung und/oder die Bewegungsrichtung des Bauteils geneigt. Die tatsächliche Umsetzung bzw. Ausgestaltung ist unter anderem von der Bauteilgeometrie bzw. der Verfahrensführung abhängig.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Einsatzteil bzw. sind die Einsatzteile über ein Vorspannelement bzw. über Vorspannelemente gelagert. Gemäß einer Ausführungsform sind die Vorspannelemente Gasdruckfedern. Beim Öffnen des Werkzeugs drücken die Gasdruckfedern die Einsatzteile bzw. das Einsatzteil entlang der Verfahrrichtung(en) nach oben und zur Seite, also von der Kavität bzw. vom Bauteil weg. Der dabei durchgeführte Hub ist insbesondere von den Bauteil- bzw. Werkzeugdimensionen abhängig und kann einige Millimeter bis einige Zentimeter betragen.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Einsatzteil derart ausgelegt, dass es beim Schließen des Werkzeugs, insbesondere automatisch, vorgespannt wird. Zweckmäßigerweise werden beispielsweise die vorgenannten Gasdruckfedern beim Schließen des Werkzeugs vorgespannt. Öffnet sich das Werkzeug, drücken die gespannten Gasdruckfedern die geteilten Hochheber entlang der Verfahrrichtung(en) nach oben und zur Seite.
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Erfindungsgemäß umfasst ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils die Schritte:
- - Herstellen eines Bauteils durch ein Umformverfahren in einem Werkzeug, wobei das Werkzeug zumindest eine erste Formhälfte mit zumindest einem Einsatzteil aufweist;
- - Öffnen des Werkzeugs und Auswerfen des Bauteils entlang einer Bewegungsrichtung mittels des Einsatzteils;
- - Verfahren des Einsatzteils dabei entlang einer Verfahrrichtung, welche gegenüber der Bewegungsrichtung des Bauteils geneigt ist.
Die im Zusammenhang mit dem Werkzeug erwähnten Vorteile und Merkmale gelten analog und entsprechend auch für das Verfahren sowie umgekehrt. Durch die Schrägstellung der Verfahrrichtung(en) gegenüber der Bewegungsrichtung des Bauteils wird erreicht, dass das Bauteil mehr oder weniger kraftlos von dem Einsatzteil bzw. den Einsatzteilen, wenn mehrere verwendet werden, entnommen werden kann. Das Entnehmen kann dabei beispielsweise von Hand oder auch automatisiert, beispielsweise mittels eines Roboters oder dergleichen, erfolgen. Wie bereits im Zusammenhang mit dem Werkzeug erwähnt, handelt es sich mit Vorteil um ein Innenhochdruckumformverfahren. Hierbei weist eine untere Werkzeughälfte des Werkzeugs mit Vorteil beispielsweise drei Auswerfereinheiten auf, welche jeweils zwei Einsatzteile umfassen. Öffnet sich das Werkzeug, wird das Bauteil über die Auswerfereinheiten ausgeworfen bzw. gegenüber der unteren Werkzeughälfte verfahren. Das Bauteil liegt dann in einer Endstellung der Auswerfereinheiten lediglich auf den Auswerfereinheiten bzw. den Einsatzteilen auf und kann leicht entnommen werden.
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Die Erfindung richtet sich auch auf eine Verwendung eines erfindungsgemäßen Werkzeugs zum Herstellen von Fahrzeugkomponenten, insbesondere von IHU-Bauteilen. Die im Zusammenhang mit dem Werkzeug bzw. dem Verfahren erwähnten Vorteile und Merkmale gelten analog und entsprechend auch für die Verwendung.
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Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform eines Werkzeugs mit Bezug auf die beigefügten Figuren.
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Es zeigen:
- 1: eine perspektivische Ansicht einer unteren Werkzeughälfte eines IHU-Werkzeugs mit einem darin angeordneten Bauteil;
- 2: eine Schnittansicht der in 1 gezeigten Anordnung vor einem Ausfahren von Einsatzteilen;
- 3: die im Wesentlichen aus der 2 bekannte Anordnung, wobei die Einsatzteile in einer Endstellung skizziert sind.
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1 zeigt in einer perspektivischen Darstellung ein Werkzeug, insbesondere ein Innenhochdruckumformwerkzeug. Es handelt sich lediglich um eine teilweise Darstellung. Gezeigt ist insbesondere nur eine untere Werkzeughälfte 11 bzw. eine untere Formhälfte, in welcher ein Bauteil 1 angeordnet ist, welches sich entlang einer Längsrichtung L erstreckt. Hierbei handelt es sich im Wesentlichen um einen Hohlkörper, welcher sich entlang der Längsrichtung L erstreckt. An den mit dem Bezugszeichen 20 gekennzeichneten Stellen bzw. Positionen sind Auswerfereinheiten 20 vorgesehen, welche jeweils zwei Einsatzteile umfassen, wobei diesbezüglich auf 2 verwiesen wird.
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2 zeigt in einer Schnittdarstellung zumindest teilweise das aus der 1 bekannte Werkzeug, wobei in dieser Ansicht auch eine zweite bzw. obere Formhälfte 12 dargestellt ist. Der Schnitt erfolgt im Bereich einer Auswerfereinheit, sodass hier die entsprechenden Einsatzteile 22 erkennbar sind. Insbesondere wird erkennbar, dass es sich bei der Auswerfereinheit um einen geteilten Hochheber bzw. Auswerfer handelt. Diese sind Teil der Form und formen abschnittsweise eine Außenkontur des Bauteils 1, welches sich entlang der Längsrichtung L erstreckt. Das Werkzeug ist in dieser Ansicht geschlossen. Hierzu sind die erste bzw. untere Formhälfte 11 und die zweite bzw. obere Formhälfte 12 entlang ihrer jeweiligen Schließrichtungen S verfahren worden. Alternativ kann auch nur eine der Formhälften 11 bzw. 12 verfahren werden. Die Einsatzteile 22 sind über Vorspannelemente 40 in der unteren Formhälfte 11 angeordnet bzw. gelagert. Mit dem Bezugszeichen B ist eine Bewegungsrichtung des Bauteils 1 angedeutet. Wenn die Einsatzteile 22 entlang ihrer jeweiligen Verfahrrichtung V ausfahren bzw. verfahren werden, bewegt sich das Bauteil 1 entlang der Bewegungsrichtung B bzw. entlang der Schließrichtung S der zweiten bzw. oberen Formhälfte 12. Insofern ergibt sich zwischen den Verfahrrichtungen V und der Bewegungsrichtung B des Bauteils 1 bzw. der entsprechenden Schließrichtung ein Winkel a, welcher, je nach Bauteilgeometrie, beispielsweise in einem Bereich von etwa 0,5-45° liegt.
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3 zeigt nun im Wesentlichen die aus 2 bekannte Anordnung, wobei die obere Formhälfte 12 nicht mehr dargestellt ist. Die Auswerfer bzw. Einsatzteile 22 sind voll ausgefahren und es ist zu erkennen, dass sich zwischen diesen ein Spalt 14 gebildet hat. Darüber hinaus haben sich die Einsatzteile 22 auch von den Seitenwänden des Bauteils 1 weg bewegt, vgl. beispielhaft die Einzelheit E. Auf Entformschrägen kann in diesen Bereichen mit Vorteil verzichtet werden. Ggf. sind sogar Hinterschnitte möglich. In der Folge kann das Bauteil 1 mehr oder weniger kraftlos aus dem Werkzeug entnommen werden. Bei den Vorspannelementen 40 handelt es sich beispielsweise um Gasdruckfedern, welche z. B. bereits beim Schließen des Werkzeugs vorgespannt wurden und dann beim Öffnen des Werkzeugs automatisch ausfahren.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bauteil
- 2
- Kavität
- 11
- erste/untere Formhälfte/Werkzeughälfte
- 12
- zweite/obere Formhälfte/Werkzeughälfte e
- 14
- Spalt
- 20
- Auswerfereinheit
- 22
- Einsatzteil, Auswerfer
- 40
- Vorspannelement
- α
- Winkel
- B
- Bewegungsrichtung
- E
- Einzelheit
- S
- Schließrichtung
- V
- Verfahrrichtung