Werkzeug zum Tiefziehen von Blechteilen

Abstract

 Werkzeug zum Tiefziehen von Blechteilen, mit einer Matrize, einem Ziehkern, einem den Ziehkern ringförmig umgebenden Niederhalter, der axial beweglich gelagert ist und gegen den sich die Matrize anlegt, wenn Matrize und Ziehkern mit Hilfe eines Stößels einer Presse relativ aufeinander zu bewegt werden, und einer am Niederhalter wirkenden Gegen­druckvorrichtung, die bei der Bewegung des Niederhaltens aufgrund der Druckkraft der Matrize eine Gegenkraft am Niederhalter erzeugt, wobei der Niederhalter und der Zieh­kern mit Wirkflächen versehen sind, die über ein ein im­kompressibles Medium enthaltendes kommunizierendes System in Wirkverbindung stehen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Werkzeug zum Tiefziehen von Blechteilen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

[0002] Das Tiefziehen ist bekanntlich eine Umformtechnik, bei der aus einem ebenen Blech ein Hohlkörper erzeugt wird. Dies geschieht im einfachsten Falle in der Weise, daß der von einer Presse betätigte Stempel oder Tiefziehkern eine Platine über den Ziehring bzw. die Matrize zieht und auf diese Weise den Hohlkörper formt. Die für das Tiefziehen notwendige Kraft setzt sich aus der ideellen Formgebungskraft, der Reibungs­kraft zwischen Ziehring und Niederhalter, der Reibungskraft infolge der Kraftumlenkung an der Ziehringrundung sowie aus der Rückbiegungskraft für das Geraderichten der aus der Zieh­ ringrundung gebogen auslaufenden Faser zusammen. Außerdem ist eine Niederhaltekraft erforderlich, mit der der Niederhalter senkrecht zur Blechoberfläche wirkt. Diese Kraft ist erforderlich, um eine Faltenbildung im Flansch des Ziehteils als Folge der tangentialen Druckspannung zu verhindern.

[0003] Es ist bekannt, den Ziehring bzw. die Matrize stationär anzuordnen und Ziehkern und Niederhalter von einer Presse zu betätigen. Da jedoch für den Ziehkern und den Nieder­halter getrennte Betätigungsvorrichtungen notwendig sind, ist ein derartiger Aufbau verhältnismäßig aufwendig.

[0004] Es ist daher auch bekannt, Tiefziehkern und Niederhalter am stationären Teil der Presse anzuordnen, und die Matrize mit dem Pressenstößel zu verbinden. Bei dieser Ausführungsform ist erforderlich, daß sich der Nieder­halter zusammen mit der Matrize in Vorschubrichtung bewegt, während der Ziehkern in die Matrize eintritt. Um die erforderliche Blechhaltekraft zu erzeugen,greift an den Niederhalter eine Federanordnung an. Diese wird zumeist von einem Pufferspeicher gebildet, in dem bei der Bewegung des Niederhalters ein Druck aufgebaut wird, der die nötige Kraft am Niederhalter erzeugt und bewirkt, daß der Niederhalter in die Ausgangsposition zurückver­stellt wird, wenn die Matrize ihren Rückhub ausführt.

[0005] Die zuletzt beschriebene Konstruktion ist mit einigen Nachteilen behaftet.

[0006] Die beim Arbeitshub in der Federanordnung gespeicherte Energie wird zwar an das System zurückgegeben, durch Reibung entstehen jedoch beim Aufbau der Speicherenergie nicht unerhebliche Verluste. Der Energieaufwand für den Antrieb des Pressenstößels erhöht sich daher entsprechend. Sowohl diese Tatsache als auch die Energie­rückführung aus dem Speicher auf den Pressestößel führt zu einer relativ ungleichförmigen Belastung für den Antrieb des Pressenstößels. Ein ungleichförmiger Antrieb verursacht einen verhältnismäßig großen Verschleiß und verkürzt die Standzeit einer Presse.

[0007] Eine Blechplatte, aus der die einzelnen Platinen zum Tiefziehen ausgestanzt werden, kann bekanntlich nur dann vorgeschoben werden, wenn sich der Ziehkern ausreichend weit aus der Matrize herausbewegt hat. Je länger der Weg der Matrize ist, um so weniger Zeit steht anteilig zur Verfügung, um einen Vorschub zu bewerkstelligen. Mit anderen Worten, die Vorschubgeschwindigkeit einer Blech­platte und damit die gesamte Arbeitsgeschwindigkeit ist um so geringer, je höher der Anteil eines Arbeitstaktes ist, der für den Tiefziehvorgang benötigt wird. Ein relativ langer Arbeitshub hat weiter den Nachteil, daß Matrize und Niederhalter mit relativ hoher Geschwindigkeit aufeinanderprallen. Dies führt zu einer entsprechenden Belastung der Presse.

[0008] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Werkzeug zum Tiefziehen von Blechteilen zu schaffen, das den Aufwand an Material und Energieverbrauch ver­ringert und zu einer gleichmäßigeren Beanspruchung der Presse führt.

[0009] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Kennzeichnungsteils des Patentanspruchs 1.

[0010] Bei der Erfindung sind der Niederhalter und der Ziehkern mit Wirkflächen verbunden, die über ein ein imkom­pressibles Medium enthaltendes kommunizierendes System in Wirkverbindung stehen. Mit anderen Worten, Nieder­halter und Ziehkern sind wirkungsmäßig gekoppelt. Bei einer Bewegung des Niederhalters in Arbeitshubrichtung der Matrize führt der Ziehkern automatisch eine entgegen­gesetzte Bewegung aus der Matrize entgegen. Eine derartige Ausbildung eines Tiefziehwerkzeugs ist mit erheblichen Vorteilen verbunden.

[0011] Beim erfindungsgemäßen Tiefziehwerkzeug entfällt die Notwendigkeit, während des Arbeitshubes die erforderliche Energie für einen Federspeicher aufzubauen, der am Nieder­halter wirkt. Dementsprechend entfallen die hierbei sonst entstehenden Reibungskräfte. Die Presse bzw. ihr Antrieb braucht nur die für die Verformung der Blechplatine er­forderliche Arbeit zu leisten. Abgesehen von der Energieersparnis wird eine erhebliche Vergleichmäßigung der notwendigen Antriebskraft für den Pressenstößel erzielt. Dieser wird während des Verformungshubes nicht so stark abge­bremst wie im bekannten Fall und während des Rückhubs nicht so stark beschleunigt. Die Presse wird daher im Sinne langer Standzeit und geringen Verschleißes weitaus günstiger beansprucht.

[0012] Das erfindungsgemäße Werkzeug hat ferner den Vorteil, daß die Hublänge für den die Matrize antreibenden Stößel geringer ist als bei bekannten Werkzeugen. Die Verkürzung der Hublänge beruht darauf, daß der Ziehkern der Matrize mehr oder weniger weit entgegen­kommt. Eine geringe Hublänge bedeutet indessen, daß ein größerer Anteil der zur Verfügung stehenden Taktzeit für den Vorschub der Blechplatte eingesetzt werden kann, so daß die Produktionsgeschwindigkeit erheblich herauf­gesetzt werden kann. Außerdem bewirkt ein kürzerer Ver­formungshub, daß die Matrize mit einer geringeren Geschwindigkeit auf den Niederhalter auftrifft und somit die Belastung für die Presse weiter verringert.

[0013] Schließlich ist von Vorteil, daß durch den Wegfall eines Pufferspeichers der Gesamtaufwand und die Baugröße für das Werkzeug verringert werden.

[0014] Für die konstruktive Verwirklichung der erfindungsgemäßen Lehre bieten sich verschiedene Möglichkeiten an. Eine besteht erfindungsgemäß darin, daß der Niederhalter und der Ziehkern mit Kolben verbunden sind, deren Wirkflächen über das kommunizierende System zusammenwirken. Bei dieser Ausführungsform ist besonders einfach, die Werk­zeuge vom imkompressiblen Medium zu trennen, das sonst bei Undichtigkeiten in die wirksamen Flächen der Werk­zeuge gelangen und den Tiefziehvorgang beeinträchtigen könnte.

[0015] Eine andere Ausführungsform sieht vor, daß der Nieder­halter und/oder der Ziehkern als Kolben ausgebildet sind. Eine derartige Ausführungsform hat den Vorteil, daß sie sehr kompakt ausgeführt werden kann. Dies insbesondere dann, wenn der ringförmige Niederhalter gleitend und dichtend in einem Zylinder angeordnet ist und der Zieh­kern gleitend und dichtend in der Bohrung des Nieder­halters gelagert ist, wobei der Zylinder mit dem imkom­pressiblen Medium gefüllt ist. Es versteht sich, daß zwischen den Teilen eine ausreichende Abdichtung vorhanden sein muß, um ein Auslaufen des imkompressiblen Mediums in den Verformungsbereich zu verhindern.

[0016] Das kommunizierende System muß naturgemäß zu jedem Zeit­punkt vollständig mit dem imkompressiblen Medium gefüllt sein. Daher sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor, daß das kommunizierende System ständig mit einer Druck­quelle für das imkompressible Medium verbunden ist.

[0017] Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert.

[0018] Die einzige Figur zeigt einen Schnitt durch das Tief­ziehwerkzeug nach der Erfindung.

[0019] Bevor auf die in der Zeichnung dargestellten Einzelheiten näher eingegangen wird, sei vorangestellt, daß jedes der beschriebenen Merkmale für sich oder in Verbindung mit Merkmalen der Ansprüche von erfindungswesentlicher Bedeu­tung ist.

[0020] In der Figur ist mit 10 eine Matrize gezeigt, die von einem Stößel einer nicht gezeigten Presse betätigt wird. Die Matrize 10 ist in einer Buchse 12 angebracht,die an einer mit dem Pressenstößel verbundenen Platte 13 befestigt ist.Die Buchse 12 ist von einem Abstreifring 14 umgeben, der auch die Matrize konzentrisch umgibt. Der Ring 14 ist relativ zur Buchse 12 bzw. Matrize 10 beweglich.

[0021] Ein Auswerferstößel 11 ist mit der Platte 11a verbunden zum Auswerfen des Formteils in bekannter Weise.

[0022] Ein topfförmiges Bauteil 15 ist auf einer rahmenfesten Platte 16 mit Hilfe von Schrauben 17 befestigt. Auf dem oberen Rand des topfförmigen Bauteils 15 ist ein Schneid­ring 18 mit Hilfe von Schrauben 19 befestigt. Der Schneid­ring weist eine Messerkante 20 auf. Die Bohrungen vom Schneidring 18 und vom topfförmigen Teil 15 bilden einen Zylinder 21, in dem ein Niederhalterring 22 gleitend ver­schiebbar ist. Der Niederhalterring 22 besitzt einen Absatz, der mit einem Absatz des Schneidrings 18 zu­sammenwirkt, wie bei 23 dargestellt. Dadurch wird die Bewegung des Niederhalterrings 22 nach oben begrenzt. Im Niederhalterring ist außen eine Umfangsdichtung 24 vorgesehen, die mit der Zylinderwandung zusammenwirkt.

[0023] In der Bohrung des Niederhalterrings 22 sitzt ein Zieh­kern 25, der sich an der Unterseite auf einem Anschlag 26 im Zylinder 21 abstützt. Eine innere Ringdichtung 27 im Niederhalterring 22 wirkt mit dem Umfang des Ziehkerns 25 zusammen. Niederhalterring 22 und Ziehkern 25 sind mithin als Kolben ausgebildet, deren jeweils untere Wirkfläche dem Zylinderraum 21 zugekehrt ist. Im Zylin­derraum befindet sich ein imkompressibles Medium 28, das von einer Druckquelle 29 über eine Leitung 30 und eine Bohrung 31 eingespeist wird. In der Leitung 30 ist ein Rückschlagventil 32 angeordnet. Im Zylinderraum befinden sich außerdem Schraubenfedern 33, die den Ziehkern 25 ständig in Richtung Anschlag 26 ziehen.

[0024] Die gezeigte Vorrichtung arbeitet wie folgt. Während des Verformungshubes wird die Matrize 10 in Richtung des Pfeils 34 nach unten bewegt. Zwischen den gezeigten Werk­zeugen befindet sich eine nicht gezeigte Blechplatte. Die freie Stirnseite der Matrize 10 legt sich zunächst gegen die freie Stirnseite des Niederhalterrings 22 an bzw. dieser wird von der Blechplatte unter Druck gesetzt. Da diese freie Stirnseite etwas über die freie Stirnseite des Ziehkerns 25 übersteht, wird der Niederhalterring 22 um einen kleinen Betrag abwärts gesenkt, wobei die Messer­kante 20 frei wird und mit der Messerkante 35 der Matrize 10 zusammenwirkt, um eine Platine aus der Blechplatte auszuschneiden. Der Ring 14 sitzt auf dem Schneidring 18 auf und bleibt relativ zur Matrize 10 zurück.

[0025] Mit der Abwärtsbewegung des Niederhalterrings 22 ist der Ziehkern 25 etwas angehoben worden. Fährt nun die Matrize 10 weiter nach unten, wird auch der Ziehkern 25 ent­sprechend aufwärts bewegt.Die Abwärtsbewegung des Nieder­halterrings 22 und die Aufwärtsbewegung des Ziehkerns 25 sind über das inkompressible Medium 28 gekoppelt. Dadurch fährt der Ziehkern 25 der Matrize 10 entgegen, um den Tiefziehvorgang auszuführen.

[0026] Man erkennt, daß die Matrize 10 nur einen geringen Hub ausführen muß im Vergleich zu einem Werkzeug, dessen Ziehkern stationär ist.

[0027] Das Verhältnis der Kräfte am Ziehkern 25 und am Nieder­halterring 22 kann naturgemäß durch Veränderung der wirksamen Flächen verändert werden. Da erfahrungsgemäß die Kräfte am Niederhalterring 22 zumeist größer sind als die Kräfte am Ziehkern, andererseits die Niederhaltekraft vorgegeben ist, ist es ohne weiteres erreichbar, daß ein relativ kurzer Weg des Niederhalterrings in einem relativ langen Weg des Ziehkerns resultiert. Wie bereits oben aus­geführt, ist diese Relation der Hubwege günstig, da sie zu einem kurzen Verformungshub der Matrize 10 führt.

[0028] Nach Beendigung des Tiefziehvorgangs ziehen die Federn 33 den Ziehkern in die in der Figur dargestellte Ausgangs­position zurück, wodurch auch der Niederhalterring 22 in seine obere Ausgangsposition gelangt.

Ansprüche

1. Werkzeug zum Tiefziehen von Blechteilen, mit einer Matrize, einem Ziehkern, einem den Ziehkern ringförmig umgebenden Niederhalter, der axial beweglich gelagert ist und gegen den sich die Matrize anlegt, wenn Matrize und Ziehkern mit Hilfe des Stößels einer Presse relativ aufeinander zu bewegt werden, und einer am Niederhalter wirkenden Gegendruckvorrichtung, die bei der Bewegung des Niederhalters aufgrund der Druckkraft der Matrize eine Gegenkraft am Niederhalter erzeugt, dadurch gekenn­zeichnet, daß der Niederhalter (22) und der Ziehkern (25) mit Wirkflächen versehen sind, die über ein ein imkompressibles Medium (28) enthaltendes kommunizie­rendes System in Wirkverbindung stehen.

2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Niederhalter (22) und der Ziehkern (25) mit Kolben verbunden sind, deren Wirkfläche über das kommunizie­rende System zusammenwirken.

3. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Niederhalter (22) und/oder der Ziehkern (25) als Kolben ausgebildet sind.

4. Werkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Niederhalter (22) gleitend und dichtend in einem Zylinder (22) angeordnet ist und der Ziehkern (25) gleitend und dichtend in der Bohrung des Nieder­halters (22) gelagert ist und der Zylinder (21) mit dem imkompressiblen Medium (28) gefüllt ist.

5. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das kommunizierende System ständig mit einer Druckquelle (29) für das imkompressible Medium verbunden ist.

Zeichnung