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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Tiefziehen eines
Blechrohlings auf einer Formmatrize aus elastischem Material.
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Aus FR-A-2 641 215 und FR-A-2 641 217 sind Vorrichtungen zum Tiefziehen von
Blechrohlingen bekannt, die mit einem in einem Haltekasten angeordneten Kissen aus
elastischem Material, auf dem ein unterer Rohlingshalter liegt, Einrichtungen zum
Vorformen des Blechrohlings, bestehend aus einem äußeren Gleitstück mit einem
oberen Rohlingshalter, und Einrichtungen zum Endformen des Blechrohlings,
bestehend aus einem miffleren Gleitstück, das auf einen Stempel wirkt, versehen sind.
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Das Kissen aus elastischem Material kann eine Verbundstütze mit einer im
wesentlichen quaderförmigen Masse auf der Basis eines Silikon-Elastomers mit geringer Shore-
Härte sein, die gegebenenfalls auf der Oberseite beschichtet ist, und die auf der
Gesamtheit oder einem Teil ihrer Seitenflächen mit einer relativ dünnen Hülle aus einem
widerstandsfähigeren und härteren Material versehen ist.
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Im Verlauf des Vorformschrittes bewirkt der obere Rohlingshalter, der an dem
Randbereich des Blechrohlings anliegt, ein Fließen der Masse des elastischen Kissens, um
den Mittelbereich des Blechrohlings zu verformen, wobei ihm am Ende des
Vorformschrittes gleichzeitig eine Oberfläche verliehen wird, die derjenigen des zu erhaltenden
Gegenstands im wesentlichen gleich ist.
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Die Abwärtsbewegung des Stempels zur endgültigen Verformung des Blechrohlings
bringt einen Anstieg des Drucks im Kissen und eine Volumendifferenz im Kissen
zwischen dem Vorformschriff und dem Endformschriff mit sich, die ausgeglichen
werden muß, um einen Druckanstieg im Kissen zu vermeiden.
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Dieser Druckanstieg ist nicht kompatibel mit dem mechanischen Verhalten der
verwendeten Pressen.
Aus diesem Grunde wiest die Vorrichtung nach FR-A-2 641 217 Einrichtungen zum
Absorbieren des im Vergleich zu dem durch das zu erhaltende Endprodukt vorgegebene
Volumen überschüssigen Volumens des Kissens auf.
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Diese Absorptionseinrichtungen sind im Verlauf des Endformens des Teils
verschiebbar und diese Verschiebung ist durch ein Regelelement geregelt, das beispielsweise
eine mehrlagige Bremse, eine Feder oder ein Zylinder sein kann.
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Diese bekante Vorrichtung ermöglicht das Absorbieren wesentlicher, konstanter und
definierter Volumendifferenzen während des ersten Arbeitszyklus der Presse für eine
Geometrie der zu formenden Teile und bei einer gegebenen Temperatur.
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Diese Vorrichtung hat jedoch den Nachteil, daß sie das Problem einer progressiven
Volumenzunahme des Kissens, selbst einer geringen Zunahme, nicht löst.
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Diese Zunahme kann auf Schwankungen der physikalischen Eigenschafien des
Materials des Kissens beruhen, beispielsweise eine kontinuierliche Erwärmung über mehrere
zehn Grad, welche durch die Verformung des Kissens unter der Einwirkung des oberen
Rohlingshalters bewirkt wird, wobei dessen Hub während der Herstellung von Teilen
mit erhöhter Arbeitsgeschwindigkeit der Presse, das heißt mehr als zehn Zyklen pro
Minute, 20% der unbelasteten Höhe des Kissens betragen kann.
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Diese Schwankungen der physikalischen Eigenschafien des Kissenmaterials bringen
wiederholte Einstellungen der Presse mit sich, die die Arbeitsgeschwindigkeit
verringern.
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Aus der französischen Patentanmeldung 9206502 der Anmelderin ist eine Vorrichtung
zum Ziehen von Bahnnnaterialien auf einer Formmatrize aus elastischem Material
bekannt, welche eine zweite Einrichtung zum Kompensieren des überschüssigen
Volumens des Kissens aufweist, die durch Veränderungen in den physikalischen
Eigenschafien des Kissenmaterials im Verlauf des Vorformens und des Endformens des
Teils hervorgerufen werden.
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Diese zweite Einrichtung zum Kompensieren des überschüssigen Volumens des
Kissens weist einerseits mindestens ein Gleitelement, das in einer in den
Rückhaltekasten des Kissens mündenden Kammer angeordnet und zum Zusammenwirken mit dem
Kissen vorgesehen ist, und andererseits ein Element zum Regeln der Verschiebung des
Gleitorgans auf, das zwischen dem Gleitorgan und dem Boden der Kammer angeordnet
ist.
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Zwar ermöglicht dies Vorrichtung eine Feinkompensierung des überschüssigen
Volumens des Kissens, jedoch erfordert sie eine genaue Regelung und genügt nicht
vollständig den Gesetzen der Druckveränderung des Kissens, welche auf die von der
Taktzähl der Presse abhängige Temperaturveränderung zurückzuffihren ist. Im Verlauf
des Formens einer großen Stückaahl von Blechrohlingen ist ein Nachjustieren
unvermeidlich.
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Aus EP-A-O 165 133 ist ferner eine Vorrichtung zum Tiefziehen von Blechrohlingen
mit einer Matrize bekannt, die aus einem aus elastischem Material gebildeten Kissen
besteht, Einrichtungen zum Vorformen des Blechrohlings, bestehend aus einem
äußeren Gleitstück mit einem oberen Rohlingshalter, Einrichtungen zum Endformen des
Blechrohlings, bestehend aus einem miffleren Gleitstück, das auf einen Stempel wirkt,
und Leitungen für die Zirkulation eines Kühlfluids, die in dem Kissenmaterial
vorgesehen sind und zum Begrenzen der Erwärmung des Kissens dienen.
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Diese Leitungen ermöglichen jedoch keine wirksame Regelung der
Temperaturveränderungen des aus einem Elastomermaterial bestehenden Kissens, gerade in dem den
stärksten Veränderungen ausgesetzten Bereich und insbesondere in dem Bereich, der
in Kontakt mit dem Blechrohling ist, so daß Einstellungen im Verlauf des Formens
großer Zahlen von Blechrohlingen unvermeidbar bleiben.
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Es ist die Aufgabe er Erfindung, Teile mit einer Presse herzustellen, die mit einer hohen
Taktzahl arbeitet, ohne daß eine Veränderung der Regelung der Presse während der
Formvorgänge erforderlich ist.
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Die Erfindung schafft somit eine Vorrichtung zum Tiefziehen eines Blechrohling mit
einer Matrize, die aus einem Kissen aus einem elastischen Material, beispielsweise
einem Elastomer, besteht, das in einem Haltekasten angeordnet ist, einem unteren
Rohlingshalter, der an dem oberen Bereich des Kastens anliegt und auf dem der
Blechrohling liegt, Einrichtungen zum.Vorformen des Blechrohlings, bestehend aus einem
äußeren Gleitstück mit einem oberen Rohlingshalter und Einrichtungen zum Formen
des Blechrohlings, bestehend aus einem mittleren Gleitstück, das auf einen Stempel
wirkt, dadurch gekennzeichnet, daß sie in den Zonen der Erwärmung des elastischen
Kissens in dem unteren Rohlingshalter angeordnete Einrichtungen zur Regelung der
Temperatur des Kissens im Verlauf des Tiefziehens des Blechrohlings aufweist.
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Die Unteransprüche 2 bis 5 geben bevorzugte Ausfirrungsbeispiele der Erfindung
wieder.
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Ein besseres Verständnis der Erfindung ergibt sich aus der nachfolgenden
Beschreibung, die lediglich als Beispiel dient, und auf die zugehörigen Zeichnungen Bezug
nimmt, welche zeigen:
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Figuren 1 bis 3 - schematische Schnittdarstellungen einer erfindungsgemäßen
Tiefziehvorrichtung im Verlauf aufeinanderfolgender Schritte zum Formen eines Teils,
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Figur 4 - eine schematische Schnittdarstellung eines zweiten erfindungsgemäßen
Ausführungsbeispiels der Tiefziehvorrichtung, und
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Figur 5 - eine schematische Schnittdarstellung eines dritten erfindungsgemäßen
Ausführungsbeispiels der Tiefziehvorrichtung.
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Die in den Figuren dargestellte Tiefziehvorrichtung weist einen Rückhaltelasten 1 aut,
dessen mittlerer Bereich eine Aufnahme für eine durch ein Kissen 2 aus elastischem
Material, beispielsweise ein Elastomer, bestehende Matrize bildet.
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Auf der Oberseite des Kissens 2 und des Kastens list ein umfangsmäßig verlaufender
unterer Rohlingshalter 3 angeordnet.
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Der Kasten list gleitend vertikal verschiebbar angeordnet und wirkt mit einem
Element 4 zum Regeln der Verschiebung des Kastens 1 und des unteren Rohlingshalters
3 zusammen.
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Dieses Regelelement 4 ist beispielsweise durch ein Federsystem oder einen Zylinder
gebildet.
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Auf dem unteren Rohlingshalter 3 liegt ein Blechrohling 5 auf
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Über dem Kasten 1 weist die Tiefziehvorrichtung einen Körper 6 auf, er von einem
nicht dargestellten äuberen Gleitsück getragen ist, und dessen unterer Teil einen
umfangsmäßig verlaufenden oberen Rohlingshalter 6a bildet.
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Der umfangsmäßig verlaufende obere Rohlingshalter 6a wirkt mit dem unteren
Rohlingshalter 3 zum Halten des Blechrohlings 5 in begrenzten Bereichen zusammen.
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Der Körper 6 weist einen mittigen Schacht auf, in den sich ein Stempel 7 erstreckt,
dessen Unterseite eine Form bildet, die dem Profil des herzustellenden Endprodukts
entspricht.
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Die Vorrichtung weist ferner eine Einrichtung 10 zum Absorbieren des durch das
Einwirken des Stempels 7 erzeugten Volumens des elastischen Kissens 2 auf, welches
gegenüber dem durch die Fläche des im Verlauf des Endformens herzustellenden Teils
bestimmten Volumen überschüssig ist.
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Diese Einrichtung 10 ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel durch einen
vertikal bewegbaren Kolben 11 gebildet, der den Boden des Rückhaltekastens 1 bildet,
welcher zu diesem Zweck ein Mittelöffnung aufweist.
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Die Oberseite des Kolbens 11 liegt an dem Kissen 2 and und wirkt mit einem Element
12 zum Regeln der Verschiebung des Kolbens zusammen.
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Dieses in den Figuren schematisch dargestellte Regelelement 12 besteht beispielsweise
aus einer mehrlagigen Bremse, einer Feder oder einem Zylinder.
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Im Verlauf des in Figur 2 dargestellten Vorformschritts wird der Körper 6 miffels des
nicht dargestellten äußeren Gleitstücks der Presse derart nach unten bewegt, daß der
obere Rohlingshalter 6a in Anlage an den Blechrohling 5 gelangt, dessen Randzone in
zunehmendem Maße zwischen dem unteren Rohlingshalter 3 und dem oberen
Rohlingshalter 6a geklemmt wird.
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Im Verlauf der Abwärtsbewegung komprimiert der obere Rohlingshalter 6a durch
Reaktion das elastische Kissen 2.
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Dieses reagiert unter der Einwirkung dieser umfangsmäßig wirkenden Aktion durch
Fließen in den Mittelbereich des Blechrohlings 5 und bewirkt so dessen Verformung.
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Das Ausbauchen des Mittelbereichs des Blechrohlings 5 ist durch den Boden des
Stempels 7 begrenzt, um unkontrollierte Verformungen zu vermeiden.
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Mit Beginn des Absenkens des oberen Rohlingshalters 6a senkt sich auch der
Rückhaltekasten 1 und komprimiert das Regelelement 4, während das Regelelement 12 die
Verschiebung des bewegbaren Kolbens 11 unter Einwirkung des durch das elastische
Kissen 2 aufgebrachten Drucks verhindert und demzufolge das Fließen des elastischen
Kissens 2 nach unten verhindert.
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Während des in Figur 3 dargestellten Schriffs der Endformung des Blechrohlings 5
senkt sich der Stempel 7 in seine untere Position und flihrt die Endformung des
Miffelbereichs des im Verlauf des vorhergehenden Verfahrens vorgeformten Blechrohlings
5 durch.
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Die durch den Druck des Stempels 7 auf den oberen Bereich des Blechrohlings 5
aufgebrachten Spannungen bewirken die Verschiebung des Blechrohlings über dessen
gesamtes verfügbares Volumen und ermöglichen so die endgültige Herstellung des
Teils mit einem Minimum an Dickenabweichung.
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Das Regelelement 12 gewährleistet die Regelung der Verschiebung des Kolbens 11 und
ermöglicht somit das Absorbieren des überschüssigen Volumens des elastischen
Kissens 2, das durch die Einwirkung des Stempels 7 erzeugt wird.
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Eine solche Vorrichtung ermöglicht das Absorbieren von wesentlichen, konstanten und
definierten Volumendifferenzen vom ersten Takt der Presse an, berechnet in
Abhängigkeit von dem herzustellenden Teil.
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Es wurde bereits festgestellt, daß das elastische Material des Kissens 2 im Verlauf einer
Reihe von Vorgängen zum Formen eines Blechrohlings 5 Veränderungen der
physikalischen Eigenschaften unterzogen ist, die im wesentlichen auf Veränderungen der
Temperatur zurückzuführen sind.
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Diese Temperaturveränderungen erzeugen schwer kontrollierbare und im Rahmen einer
Herstellung von großen Stückzahlen nicht zulässige Druckveränderungen.
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Beispielsweise kann eine kontinuierliche Erwärmung von mehreren zehn Grad bei einer
Pressenarbeit mit erhöhter Geschwindigkeit, die im allgemeinen größer oder gleich
zehn Takte pro Minute ist, festgestellt werden und die Kompression im seitlichen
Bereich kann 20% erreichen.
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Bei Transferpressen für Karosserien sind mehrere Werkzeuge nebeneinander auf dem
selben Schlitten angeordnet und eine geeignete Regelung allein des Tiefziehwerkzeugs
auf dem elastischen Kissen im Verlauf der Herstellung von Teilen in großen
Stückzahlen ist nicht absehbar.
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Die Temperaturveränderungen des Kissens hängen zum großen Teil mit den
erheblichen Verformungen des Kissens sowie mit den insbesondere in den Bereichen nahe
dem unteren Rohlingshalter 3 auftretenden Reibungen zusammen, nicht jedoch mit der
allgemeinen Verformung des gesamten Volumens des elastischen Kissens 2.
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Um diese Nachteile zu überwinden, weist die erfindungsgemäße Tiefziehvorrichtung
in den Zonen der Erwärmung. des elastischen Kissens 2 Einrichtungen 20 zum Regeln
der Temperatur des elastischen Kissens 2 im Verlauf des Tiefriehens des Blechrohlings
5 auf.
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Die dem unteren Rohlingshalter 3 benachbarten Zonen werden durch die
Regeleinrichtung 20 einer örtlich begrenzten Kühlung unterzogen, wobei die Einrichtung,
gemäß einem in den Figuren 1 bis 3 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel, durch
Umlaufleitungen 21 für ein Kühlfluid, beispielsweise Wasser, gebildet ist.
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Die Leitungen 21 sind in dem unteren Rohlingshalter 3 im Innenbereich des unteren
Rohlingshalters 3 vorgesehen, der zum Kontakt mit dem elastischen Kissen 2
vorgesehen ist.
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Die Leitungen 21 sind mit einer Rohrleitung 22 zum Zuführen von Kühlfluid und einer
Rohrleitung 23 zum Rückführen des Kühlfluids verbunden.
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Die Fläche 3a des unteren Rohlingshalters 3, die in Kontakt mit dem elastischen Kissen
2 gelangt, ist derart abgerundet, daß die Erwärmung durch Reibung verringert wird, und
sie kann eine Anti-Reibbeschichtung haben.
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Nach einem zweiten Ausführungsbeispiel, das in Figur 4 dargestellt ist, sind die
Umlaufleitungen 21 für das Kühlfluid in einem Kranz 25 vorgesehen, der am
Innenbereich des unteren Rohlingshalters 3, der in Kontakt mit dem elastischen Kissen 2
gelangt, vorgesehen ist.
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Der Kranz 25 besteht aus einem Material, das einerseits eine bessere
Wärmeleitfähigkeit hat als der andere Teil des Rohlingshalters 3, und das andererseits einen niedrigen
Reibungskoeffizienten aufweist.
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Die zum Kontakt mit dem elastischen Kissen 2 bestimmte Fläche 25a des Kranzes 25
ist derart abgerundet, daß sie die Erwärmung durch Reibung verringert, und sie kann
eine Antireibbeschichtung aufweisen.
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Das Material des Kranzes 25 kann unter den Materialien Stahl, Aluminium, Kupfer,
einer Aluminiumlegierung oder einer Kupferlegierung ausgewählt sein.
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Nach einem in Figur 5 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel kann die Einrichtung
20 zum Regeln der Temperatur des elastischen Kissens 2 durch Umlaufleitungen 21 für
ein Kühlfluid, die wie zuvor beschrieben in dem unteren Rohlingshalter 3 angeordnet
sind, und aus Umlaufleitungen 30 für ein Kühlfluid gebildet sein, die unter dem unteren
Rohlingshalter 3 in einem Mantel 8 vorgesehen sind, welcher zwischen dem elastischen
Kissen 2 und einer die Oberseite des elastischen Kissens 2 bedeckenden Arbeitsschicht
9 angeordnet ist.
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Die Leitungen 31 bestehen beispielsweise aus biegsamen Schläuchen.
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Das Kissen 2 kann aus mehreren übereinanderliegenden Schichten aus elastischem
Material gebildet sein, zwischen denen Durchlässe belassen sind, welche die
Umlaufleitungen für das Kühlfluid bilden.
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Die Einrichtung zum Regeln der Temperatur des elastischen Kissens 2 können
gleichermaßen in einer Vorrichtung zum Tiefziehen von Blechrohlingen verwendet
werden, bei der das Vorformen und das Endformen in einem Schriff erfolgt.
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Die Einrichtung zum Regeln der Temperatur es elastischen Kissens verhindern eine
erhebliche Erwärmung des Kissens und dadurch jeglichen Druckanstieg in dem Kissen,
wodurch die erfindungsgemäße Tiefziehvorrichtung bei der Herstellung von Teilen in
großen Stückzahlen verwendbar ist.