[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kennzeichnen von tiefziehfähigen Blechen
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Werkzeug sowie eine Vorrichtung zur
Durchführung des Verfahrens.
[0002] Aus der DE 297 05 745 U1 der Anmelderin sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
Erzeugung einer fälschungssicheren Kennzeichnung im Oberflächenbereich eines Bleches
mittels eines nadelförmigen Werkzeugs bekannt. Dieses wird mittels einer mehrere Freiheitsgrade
aufweisenden Positioniervorrichtung relativ zur Werkstückoberfläche bewegt, wobei
das Blech in einer ein Ausweichen gegenüber dem Werkzeug verhindernden Blechhaltevorrichtung
gehaltert ist.
[0003] Die in die Werkstückoberfläche eindringende Werkzeugspitze des Druckumformwerkzeugs,
die mindestens im Eindringbereich massiv ist, ist als zweistufiger Kegel mit einem
Spitzenwinkel von 160° ausgebildet. Für den sich anschließenden kegelstumpfförmigen
Bereich ist ein Konuswinkel von 100° vorgesehen. Die Spitze des Werkzeugs besteht
aus einer Hartmetall-Legierung.
[0004] Beim Einsatz des bekannten Verfahrens und der bekannten Vorrichtung zum Kennzeichnen
eines eine dünne Beschichtung aufweisendes Bleches, insbesondere eines geformten Stahlblechs
mit einer dünnen metallischen Korrosionsschutzschicht - speziell eines verzinkten
Bleches -, hat sich herausgestellt, daß die erhaltenen Kennzeichnungen höheren Qualitätsansprüchen,
speziell hinsichtlich der Konturenschärfe, nicht gerecht werden. Unter bestimmten
Umständen können auch Beschädigungen bzw. partielle Zerstörungen der Beschichtung
auftreten.
[0005] Eine Beschädigung der Beschichtung wird nach Untersuchungen der Erfinder offenbar
dadurch bewirkt, daß bei Anwendung des bekannten Verfahrens auf die Oberflächenschicht
unzulässig hohe Reibkräfte und hieraus resultierende Zug- und Scherspannungen auftreten
und das Verfahren einen in gewissem Grade spanenden Umformvorgang darstellt. Die Oberflächenbeschichtung
wird hierdurch aufgerissen und partiell abgetragen. An der Werkzeugspitze treten zudem
Werkstoffkaltaufschweißungen auf, durch die einerseits die Qualität der Kennzeichnung
herabgesetzt und die Wahrscheinlichkeit für eine Beschädigung der Oberflächenschicht
weiter erhöht und andererseits die Standzeit des Werkzeugs verringert wird.
[0006] Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten
Gattung und ein Werkzeug sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben,
die die Erzeugung einer konturenscharfen Kennzeichnung auf einem beschichteten Blech
ohne Beschädigung der Beschichtung erlauben.
[0007] Die Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und
hinsichtlich des Werkzeugs bzw. der Vorrichtung durch die in den Ansprüchen 3 bzw.
7 angegebenen Merkmale gelöst.
[0008] Die Erfindung schließt die Erkenntnis ein, daß bei der Kennzeichnung der Oberfläche
eines beschichteten Bleches mit einem massiven Werkzeug eine scharfe Kontur erzielt
und dennoch eine Beschädigung der Oberflächenschicht vermieden werden kann, wenn durch
eine geeignete Ausbildung und Art der Einwirkung des Werkzeuges ein tiefziehartiger
Umformvorgang realisiert wird und die im wesentlichen tangential zur Blechoberfläche
wirkenden Reibkräfte und daraus resultierden Zugspannungen und Scherwirkungen begrenzt
werden.
[0009] Das Blech wird in einer Blechhaltevorrichtung insbesondere derart gehaltert, daß
aus seiner Form- und Materialelastizität und einer wahlweise vorgegebenen Elastizität
der Halterung selbst eine dem Eindringen und der Verschiebung des
[0010] Druckumformwerkzeuges entgegenwirkende Gegendruckkraft mit vorbestimmter Normal-
und Tangentialkomponente resultiert. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise eine Überschreitung
der Schichtbindungkräfte auch bei Auftreten von Kraftspitzen beim Werkzeugvorschub
(etwa bei Richtungswechseln mit sehr kleinen Radien usw.) verhindert.
[0011] Entsprechend der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird
bei der Kennzeichnung eines beschichteten Bleches ein derart ausgebildetes Druckumformwerkzeug
eingesetzt, daß die Kennzeichnung mit einem nahezu ideal tiefziehähnlichen Umformvorgang
erfolgt, bei dem der die Beschichtung bildende Werkstoff ausschließlich plastisch
verformt und dabei zumindest in Teilbereichen verdichtet wird. Um zu sichern, daß
bei der vorschub- und andruckbedingten Scher- und Stauchbelastung der zu kennzeichnenden
Blechoberfläche eine spanende Verformung vermieden wird, ist der Gleitreibungskoeffizient
zwischen der Werkzeugspitze und der Blechoberfläche unterhalb einer für die konkreten
Materialeigenschaften des Bleches zu bestimmenden Grenze zu halten.
[0012] Das vorgeschlagene Bearbeitungsverfahren ist insbesondere bei Blechen oder Blechformteilen
günstig, welche aus Gründen des Korrosionsschutzes eine relativ dünne Beschichtung,
etwa aus Zink, tragen, bei deren Beschädigung eine Ausbildung lokaler Korrosionsnester
unvermeidlich ist.
[0013] Eine verfahrensgemäß eingesetzte Blechhaltevorrichtung ermöglicht es, dem zu kennzeichnenden
Blechformteil eine Gegenkraft aufzuprägen, die der Krafteinleitung von dem Druckumformwerkzeug
auf die Blechoberfläche entgegenwirkt. Der Kraftfluß wird von der Positioniervorrichtung
der Druckumformwerkzeuge über das Blechformteil und die Blechhaltevorrichtung entweder
über ein Gestell oder über ein Fundament geschlossen. Wird der Kraftfluß über ein
Gestell geschlossen, so ist vorzugsweise eine bauliche Verbindung zwischen der Blechhaltevorrichtung
und dem Druckumformwerkzeug vorhanden. Wird dagegen der Kraftfluß über das Fundament
geschlossen, so ist eine vollständige oder teilweise bauliche Trennung zwischen der
Blechhaltevorrichtung und dem Druckumformwerkzeug denkbar.
[0014] Durch den vom Druckumformwerkzeug im Oberflächenbereich des beschichteten Blechformteils
erzeugten mehrachsigen Spannungszustand kommt es zu Stauch- und definierten Schervorgängen
im Blechwerkstoff, was zu einer sichtbaren plastischen Verformung in Form eines kraterförmigen
Eindrucks führt, welcher durch eine xy-Bewegung parallel zur Werkstückoberfläche zu
einer rillenförmigen Vertiefung mit seitlichen Werkstoffaufwerfungen ausgeformt wird.
[0015] Die Spannungen im Kontaktbereich von Druckumformwerkzeug und Blechformteil führen
zu Gefügeverzerrungen im Grundwerkstoff des Bleches unterhalb der sichtbaren plastischen
Verformungszone und ermöglichen damit den Nachweis einer Kennzeichnung auch, falls
diese durch eine werkstoffabtragende Bearbeitung des gekennzeichenden Bereichs oberflächlich
entfernt worden ist.
[0016] Das erfindungsgemäß eingesetzte Druckumformwerkzeug weist eine in die Oberfläche
des Bleches eindringende polierte Werkzeugspitze auf, die mindestens im Eindringbereich
massiv und einteilig und als zweistufiger Kegel mit einem kreiskegligen Endbereich
ausgebildet ist, an den sich ein kegelstumpfförmiger Abschnitt anschließt. Insbesondere
für die Bearbeitung beschichteter, speziell verzinkter, Bleche wird ein Spitzenwinkel
des Kreiskegels von 115 bis 120° bzw. ein Verhältnis dieses Winkels zum Konuswinkel
des Kegelstumpfs im Bereich zwischen 1,0 und 1,3 vorgeschlagen.
[0017] Es wurde festgestellt, daß durch die vorgenannte Geometrie der Werkzeugspitze und
deren im wesentlichen glatte, einen geringen Reibungskoeffizienten aufweisende Oberfläche
gesichert ist, daß die Werkzeugspitze bei Einhaltung anwendungsspezifisch vorgegebener
Andruckkräfte und Vorschubgeschwindigkeiten an der Beschichtung eines Blechformteils
nicht spanend wirksam ist, wenn das Werkzeug in x- und/oder y-Richtung auf der Oberfläche
des Blechformteils bewegt wird. Dadurch bleibt die Beschichtung im Bereich der Kennzeichnung
durchgehend unbeschädigt. Sie wird lediglich bei plastischer Verformung verdichtet
und überträgt die von der Werkzeugspitze ausgehenden Kraft auf das zu kennzeichnende
Formteil.
[0018] Aufgrund des rotationssymmetrischen Aufbaus der Werkzeugspitze ist es in vorteilhafter
Weise auch nicht erforderlich, das Werkzeug während der Kennzeichnung des Blechformteils
entsprechend der x-y-Bewegungsrichtung des Druckumformwerkzeugs zu drehen.
[0019] Entsprechend der bevorzugten Ausführungsform weist die Werkzeugspitze eine Oberfläche
auf, welche unter Verwendung einer feinkörnigen Schleifpaste poliert worden ist. Die
für die Werkzeugspitze vorgesehene polierte Oberfläche weist eine Rauhtiefe von R
≤ 0,1 µm, bevorzugt von R = 0,08, auf.
[0020] Die Auswahl des Werkstoffs für die Werkzeugspitze richtet sich nach den Festigkeitseigenschaften
des Bleches im Oberflächenbereich, da mit der Erfindung auch beschichtete Werkstücke
gekennzeichnet werden können, deren Grundwerkstoff über andere Werkstoffeigenschaften
verfügt als deren Beschichtung. Die Erfindung schließt, je nach Einsatzgebiet der
Vorrichtung, beschichtete und unbeschichtete Werkzeugspitzen aus hochlegierten Werkzeugstählen,
aus Hartmetallen, aus Cermets aus keramischen Werkstoffen, aus kubisch kristallinen
Bornitrid (CBN) und aus Diamant mit ein.
[0021] In einer vorteilhaften Ausführung ist als Werkstoff für die Werkzeugspitze eine Hartmetall-Legierung
vorgesehen. Als Hartmetalle werden eisenfreie, auf pulvermetallurgischen Weg durch
Sintern hergestellte Verbundwerkstoffe bezeichnet, welche Metallkarbide aufweisen,
die als Hartstoffpartikel in einer Matrix weicheren Bindemetalls eingelagert sind.
Dadurch besitzt der Werkzeugwerkstoff - unter der Voraussetzung, daß die Spitze poliert
ist - ein für die Bearbeitungsaufgabe günstiges Eigenschaftsprofil.
[0022] Die zur Durchführung des Verfahrens vorgesehene Vorrichtung weist eine mehrere Freiheitsgrade
aufweisende Positioniervorrichtung und eine das Blechformteil gegen ein Ausweichen
gegenüber dem Druckumformwerkzeug absichernde Blechhaltevorrichtung auf. Die Positioniervorrichtung
realisiert die Relativbewegungen zwischen den Wirkpartnern Druckumformwerkzeug und
Blechformteil in an sich bekannter Weise durch rotatorische und/oder translatorische
Bewegungen. Als Wirkbewegung wird die Relativbewegung während des Kontaktes bzw. Eingriffes
der Wirkpartner bezeichnet.
[0023] Die Positioniervorrichtung verfügt vorzugsweise über mindestens drei Freiheitsgrade,
um die Relativbewegungen normal (z-Richtung) und parallel (x- und y-Richtung) zur
Oberfläche des Blechformteils zu realisieren. Es ist aber häufig vorteilhaft, dem
Druckumformwerkzeug mehr als drei Freiheitsgrade zur Verfügung zu stellen. Ein Ausrichten
der Werkzeugachse gegenüber dem Normalenvektor am Arbeitspunkt auf einer gekrümmten
Blechoberfläche erfordert vorzugsweise ein Kippen des Druckumformwerkzeugs um die
x- und/oder y-Achse und u.U. eine Feinsteuerung der Vorschubgeschwindigkeit, um ein
(auch nur kurzzeitiges) Überschreiten der zulässigen Reibungskräfte zu verhindern.
[0024] Insgesamt beschränkt die Erfindung die Wirk- und Positionierbewegungen nicht auf
Bewegungen des Druckumformwerkzeugs allein, sondern es sind Ausführungen möglich,
bei denen einer oder mehrere Freiheitsgrade durch Bewegungen des Blechformteils realisiert
werden.
[0025] Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine Steuereinheit auf, welche die Eingaben
eines Anwenders - darunter insbesondere Materialparameter des Blech-Beschichtung-Verbundes
- für eine Steuerung der Positioniervorrichtung verwendet und somit die Geschwindigkeit
und die Position der Werkzeugspitze relativ zum Blechformteil steuert.
[0026] Die bevorzugte Ausführung der Erfindung sieht eine in Form und/oder Größe des Blechformteils
angepaßte Blechhaltevorrichtung vor, die ein vorgegebene Toleranzen überschreitendes
Ausweichen des Blechformteils gegenüber dem Druckumformwerkzeug verhindern und dennoch
ein gewisse Elastizität gewähleisten soll. Die Blechhaltevorrichtung ermöglicht es
dem Blechformteil, eine Gegenkraft aufzubringen, die der Krafteinwirkung des Druckumformwerkzeug
auf die Oberfläche des Blechformteils entgegengesetzt ist. Der Kraftfluß wird von
der Positioniervorrichtung über das Druckumformwerkzeug, das Blechformteil und die
Blechhaltevorrichtung entweder über ein Gestell oder über ein Fundament geschlossen.
Wird der Kraftfluß über ein Gestell geschlossen, so ist vorzugsweise eine bauliche
Verbindung zwischen der Blechhaltevorrichtung und dem Druckumformwerkzeug vorhanden.
Wird dagegen der Kraftfluß über das Fundament geschlossen, so ist eine vollständige
oder teilweise bauliche Trennung zwischen der Blechhaltevorrichtung und dem Druckumformwerkzeug
denkbar.
[0027] In einer weiterbildenden Variante der Erfindung wird die Gewichtskraft der Vorrichtung
verwendet, um eine reib- und/oder formschlüssige Verbindung zwischen der Blechhaltevorrichtung
und dem Blechformteil herzustellen. Die Masse der Vorrichtung ist so dimensioniert,
daß bei dem Absetzen der Vorrichtung auf die zu markierende Stelle des Blechformteils
ein Kraftfluß über das Gestell möglich wird.
[0028] In einer weiterführenden Ausführungsform der Erfindung ermöglicht eine Handhabungsvorrichtung,
die vorzugsweise über mehrere Freiheitsgrade verfügt, Relativbewegungen zwischen dem
Druckumformwerkzeug und dem Blechformteil, die der Heranführung des Druckumformwerkzeugs
an den zu kennzeichenden Oberflächenbereich des Blechformteils dienen. Die Vorteile
einer Handhabungsvorrichtung liegen in einer flexiblen und automatisierten Werkstückkennzeichnung.
Der Einsatz einer Handhabungsvorrichtung beschränkt sich dabei nicht nur auf ein Positionieren
des Druckumformwerkzeugs relativ zum fixierten Blechformteil, die Erfindung schließt
auch weiterführenden Varianten mit ein, bei denen mit Hilfe einer Handhabungsvorrichtung
das Blechformteil bewegt wird.
[0029] In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Erfindung für die Positioniervorrichtung
Antriebe und Motorachsen auf, wobei für die Antriebe vorzugsweise Dreiphasenschrittmotoren
verwendet werden, die mittels eines Zahnriemenantriebs mit den ihnen zugeordneten
Motorachsen gekoppelt sind. Die Positioniervorrichtungen, welche mit Schrittmotoren
arbeiten, haben den Vorteil, daß sie ohne ein zusätzliches Wegmeßsystem und die damit
verbundene Signalrückführung betrieben werden können, da ein Schrittmotor bekanntermaßen
zugleich Motor und Meßmittel ist. Ein Dreiphasenschrittmotor hat gegenüber einem Zweiphasenschrittmotor
den Vorteil einer höheren Winkelauflösung und damit einer höheren Positioniergenauigkeit.
Zahnriemen haben den Vorteil, daß sie eine formschlüssige Bewegungsübertragung wartungsfrei
und ohne Schlupf gewährleisten und sich deshalb bevorzugt für phasentreue Übertragungen
eignen. Die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht nur auf den beschriebenen Antrieb
der Positioniervorrichtung, sondern schließt auch Achsmotoren andere Bauart mit ein.
[0030] Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind im übrigen in den Unteransprüchen
gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten
Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:
- - Figur 1
- als bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ein Tischgerät zur Kennzeichnung eines
beschichteten Bleches,
- - Figur 2
- ein Druckumformwerkzeug zur Kennzeichnung eines beschichteten Bleches,
- - Figur 3
- eine Werkzeugspitze des in Figur 2 dargestellten Druckumformwerkzeugs im Detail,
- - Figur 4
- eine schematische Darstellung eines Umformvorgangs mittels des in Figur 2 und Figur
3 dargestellten Druckumformwerkzeugs,
- - Figur 5
- eine weiterbildende Ausführungsform der Erfindung, bei der ein zu kennzeichnendes
Blech mittels einer als zweiarmiger Greifer ausgeführten Blechhaltevorrichtung gehalten
wird,
- - Figur 6
- eine weiterbildende Ausführungsform der Erfindung, bei der ein zu kennzeichnendes
Blech mittels einer Handhabungsvorrichtung gegenüber einem Fundament fixiert wird,
sowie
- - Figur 7
- eine weiterbildende Ausführungsform der Erfindung, bei der ein zu kennzeichnendes
Blech mittelseiner baulich vom Druckumformwerkzeug getrennten Blechhaltevorrichtung
gegenüber einem Fundament fixiert wird.
[0031] Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand der in den Figuren dargestellten Vorrichtungen
bzw. Vorrichtungsteile näher erläutert.
[0032] Die in Figur 1 dargestellte Vorrichtung dient der Erzeugung einer fälschungssicheren
Kennzeichnung im Oberflächenbereich eines eine dünne Beschichtung tragenden Blechs
1 mittels eines Druckumformwerkzeugs 2. Das Druckumformwerkzeug 2, das detailliert
in Figur 2 dargestellt ist, hat einen zylindrischen Grundkörper mit jeweils einer
Werkzeugspitze 3, 3' an den Enden, welche als Detail Z der Figur 2 in Figur 3 dargestellt
ist.
[0033] Es sind in diesem Ausführungsbeispiel zwei Werkzeugspitzen 3, 3' vorgesehen, damit
bei einem Verschleiß oder bei Änderung der Kennzeichnungsgeometrie ein schneller Wechsel
zwischen den beiden Werkzeugspitzen 3, 3' möglich ist. Zur Vereinfachung wird im folgenden
nur Bezug auf die Werkzeugspitze 3 genommen. Die Werkzeugspitze 3 ist massiv und einteilig
ausgeführt und hat die Form eines zweistufigen Kegels, womit hier ein zusammengesetzter
geometrischer Körper aus einem geradem Kreiskegel 3.1 und einen geradem Kreiskegelstumpf
3.2 mit unterschiedlichen Spitzenwinkeln zu verstehen ist.
[0034] Die Schnittfläche des Kreiskegelstumpfes 3.2 stimmt mit der Grundfläche des Kreiskegels
3.1 überein und weist bei einer Schaftstärke von 8 mm einen Durchmesser von 0,6 mm
auf. Für den Spitzenwinkel des Kreiskegels 3.1 ist ein Wert von 120°, für den Konuswinkel
des Kreiskegelstumpfes 3.2 ein Wert von 100° vorgesehen. Der zweistufige Kegel weist
eine polierte Oberfläche 3.3 auf. Die Polierung wird unter Verwendung einer Schleifpaste
geringer Körnung hergestellt, wobei die Rauhtiefe R einen Wert ≤ 0,1 µm aufweist.
[0035] Durch ein solches Werkzeug erfolgt die Kennzeichnung mit einem tiefziehähnlichen
Umformvorgang, bei dem der die Beschichtung bildende Werkstoff ausschließlich plastisch
verformt und dabei zumindest in Teilbereichen verdichtet wird. Die Polierung sichert
einen sehr kleinen Reibungskoeffizienten zwischen der Werkzeugspitze und der zu kennzeichnenden
Blechoberfläche, so daß bei der umformungsbedingten Scher- und Stauchbelastung an
dem Beschichtungsmaterial eine spangebende Verformung vermieden wird.
[0036] Die in Figur 1 dargestellte Vorrichtung verfügt über eine der Form des Bleches 1
angepaßte Blechhaltevorrichtung, die das Blech 1 durch eine Krafteinwirkung gegenüber
einem Fundament 5 in der gezeigten Position hält. Das Blech 1 wird bei der in Figur
1 dargestellten Ausführungsform der Blechhaltevorrichtung durch ein Winkelstück 4.1,
einen Auflagekörper 4.2 und durch einen hydraulisch betriebenen Stempel 4.3 mittels
Form- und Reibschluß an einem Ausweichen gegenüber dem Druckumformwerkzeug 2 gehindert.
Der Formschluß, der bereits einen Teil der Freiheitsgrade des Bleches 1 einschränkt,
erfolgt durch das der Form des Bleches angepaßte Winkelstück 4.1, während durch den
hydraulisch betriebenen Stempel 4.3 über eine Krafteinwirkung ein Reibschluß erfolgt.
Zur Blechhaltevorrichtung zählen in diesem Fall der Stempel 4.3, das Winkelstück 4.1
und der Auflagekörper 4.2.
[0037] Die in Figur 1 dargestellte Vorrichtung verfügt über eine Positioniervorrichtung,
die mittels translatorischer Verschiebungen parallel zu den Achsen eines rechtwinkligen
räumlichen kartesischen Koordinatensystems die räumliche Position und die Bewegung
des Druckumformwerkzeugs 2 relativ zu dem fixierten Blech 1 festlegt. Die Positioniervorrichtung
verfügt über drei Verschiebeschlitten 6, 7, 8, die über entsprechende Schlittenführungen
und Antriebe gemäß den von einer als Bedienrechner ausgeführten Steuereinheit 9 gelieferten
Signale bewegt werden. Die Steuereinheit steuert die Positioniervorrichtung mittels
der vom Anwender eingegebenen Daten (insbesondere Daten zur zulässigen Vorschubgeschwindigkeit)
und mittels eines Näherungssensors, der den Abstand der Werkzeugspitze 3 von der Oberfläche
des Bleches 1 bestimmt. Das Signal des Sensors ergibt sich aus einer elektrischen
Kapazität zwischen der Werkzeugspitze 3 und dem Blechteil 1.
[0038] In Figur 4 sind die Umformungen in der Beschichtung 1.1 und die Gefügeverzerrungen
10 in dem Blechwerkstoff 1.2 bei einem beschichteten Stahlblech 1, welche bei einer
Kennzeichnung mit der in Figur 2 und 3 dargestellten Werkzeugspitze 3 entstehen, schematisch
dargestellt. Es ist deutlich zu erkennen, daß die Beschichtung 1.1 lediglich plastisch
und dadurch zerstörungsfrei verformt worden ist. Gleichzeitig erstreckt sich die Gefügeverzerrung
10 in dem Trägermaterial 1.2 bis unterhalb der sichtbaren Umformung im Oberflächenbereich.
Dadurch kann die Kennzeichnung auch dann fälschungssicher nachgewiesen werden, wenn
diese durch spanende Bearbeitung des Kennzeichnungsbereiches entfernt worden ist.
[0039] In Figur 5 ist eine Ausführung dargestellt, bei der ein beschichtetes Blechteil 11
mittels einer als zweiarmiger Greifer ausgeführten Blechhaltevorrichtung 12.1, 12.2
gegenüber einem Gestell 13 der Vorrichtung ohne Verwendung eines die Rückseite der
Bearbeitungsfläche stützenden Gegenhalters fixiert wird. Die Blechhaltevorrichtung
12.1, 12.2 weist mehrere Freiheitsgrade auf und erzielt einen Reibschluß mit dem Blech
11 mittels Spannzangen 14.1, 14.2, die als hydraulisch betriebene Stempel ausgeführt
sind. Der sich aus der Krafteinwirkung des Druckumformwerkzeugs 15 auf das Blech 11
ergebene Kraftfluß wird über die Blechhaltevorrichtung 12.1, 12.2, dem Gestell 13
und über eine Feinpositioniervorrichtung 16 geschlossen und nicht durch ein Fundament
17 geleitet. Das Blechteil 11 kann deshalb während des Kennzeichnungsvorgang frei
durch den Raum bewegt werden. Dazu ist das Gestell 13 mit dem mehrere Freiheitsgrade
aufweisenden Arm einer Handhabungsvorrichtung 18 verbunden. Durch die Handhabungsvorrichtung
18 und die verstellbare Blechhaltevorrichtung 12.1, 12.2 ist eine flexible Kennzeichnung
verschiedenartig ausgebildeter Blechteile möglich. Die dargestellte Vorrichtung weist
eine Positioniervorrichtung auf, deren Aufgaben auf eine Grobpositioniervorrichtung
in Form einer Handhabungsvorrichtung 18 und eine Feinpositioniervorrichtung 16, basierend
auf translatorischen, rechtwinklig im Raum zueinander angeordneten Schlittenführungen,
verteilt sind.
[0040] Die Handhabungsvorrichtung 18 ermöglicht eine Relativbewegung zwischen Druckumformwerkzeug
15 und Blechoberfläche, die dem Heranführen des Druckumformwerkzeugs 15 an ein nicht
fixiertes Blechteil dient. Die Feinpositioniervorrichtung 16 ist dagegen zusammen
mit dem Druckumformwerkzeug 15 am Gestell 13 montiert und ermöglicht die Wirk- und
Positionierbewegungen des Druckumformwerkzeugs 15 gegenüber dem fixierten Blechteil
11. Eine Steuereinheit 19 steuert die Handhabungsvorrichtung 18 und die Feinpositioniervorrichtung
mittels der vom Anwender eingegebenen Daten.
[0041] In Figur 6 ist eine Ausführung dargestellt, bei der ein beschichtetes Blechteil 20
mittels einer Krafteinwirkung gegenüber einem Fundament 21 fixiert wird. Dazu ist
eine Handhabungsvorrichtung 22 vorgesehen, die nach einem Heranführen des Druckumformwerkzeugs
23 an das nicht fixierte Blechteil 20, die zur Fixierung notwendige Krafteinwirkung
auf die Blechhaltevorrichtung aufbringt. Die Blechhaltevorrichtung besteht in diesem
Fall im wesentlichen aus Auflageplatten 24.1 bis 24.4, die mittels der zur Werkstückoberfläche
normalen Krafteinwirkung möglichst griffige Reibpaarungen mit dem Blechteil 20 eingehen.
Die rückwärtigen, mit dem Fundament 21 verbundenen, sich der Form des Bleches mittels
einer drehbaren Lagerung anpassenden Auflageflächen 24.2, 24.4 werden als Teil der
Blechhaltevorrichtung angesehen. Der sich aus der Krafteinwirkung des Druckumformwerkzeugs
23 auf das Blechteil ergebene Kraftfluß wird über die Blechhaltevorrichtung, das Fundament
21, die Handhabungsvorrichtung 22, das Gestell 25 und eine Feinpositioniervorrichtung
26 geschlossen. Die an dem Gestell montiert Feinpositioniervorrichtung 26 und die
Steuereinheit 27 sind ähnlich dem Ausführungsbeispiel von Figur 5 aufgebaut.
[0042] In Figur 7 ist eine Ausführung dargestellt, bei der das zu kennzeichnendes Blechteil
28 aus Stahl besteht und eine Zinkbeschichtung aufweist. Das beschichtete Stahlblechteil
ist mittels einer externen, baulich von einem Druckumformwerkzeug 29 getrennten Blechhaltevorrichtung
30.1, 30.2 gegenüber dem Fundament 31 ohne einen die Bearbeitungsfläche rückseitig
stützenden Gegenhalter fixiert und wird mit einem Werkzeug gemäß Figur 2 bzw. 3 bearbeitet.
Die Blechhaltevorrichtung 30.1, 30.2 ist als zweiarmiger Greifer mit mehreren Freiheitsgraden
aufgebaut, der einen Reibschluß mit dem Blechteil 28 über Spannzangen 32.1, 32.2 in
Form von hydraulisch betriebenen Stempel erreicht. Eine Handhabungsvorrichtung 33
erlaubt der Blechhaltevorrichtung 30.1, 30.2 ein Blechteil 28 aufzunehmen, welches
außerhalb der Reichweite des Druckumformwerkzeugs 29 liegt, um es anschließend in
dessen Arbeitsbereich gegenüber dem Fundament 31 räumlich zu fixieren. Das Druckumformwerkzeug
29 ist direkt mit dem Arm einer zweiten Handhabungsvorrichtung 34 verbunden, deren
Antriebe und Freiheitsgrade in der Lage sind die Krafteinwirkungen und die Arbeitsbewegungen
des Druckumformwerkzeugs 29 gegenüber dem fixierten Blechteil 28 zu realisieren. Diese
Handhabungsvorrichtung 34 ist daher als Positioniervorrichtung anzusehen. Der sich
aus der Krafteinwirkung des Druckumformwerkzeugs 29 auf das Blechteil 28 ergebene
Kraftfluß wird über die Blechhaltevorrichtung 30.1, 30.2, deren Handhabungsvorrichtung
33, das Fundament 31, und die Handhabungsvorrichtung 34 des Druckumformwerkzeugs 29
geschlossen, so daß ein die Rückseite der Bearbeitungsfläche stützender Gegenhalter
nicht erforderlich ist. Eine Steuereinheit 35 steuert beide Handhabungsvorrichtungen
33, 34 mittels der vom Anwender eingegebenen Daten.
[0043] Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen
bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar,
welche von der dargestellten Lösung auch in anders gearteten Ausführungen Gebrauch
macht.
1. Verfahren zur Erzeugung einer, insbesondere fälschungssicheren, Kennzeichnung auf
einem tiefziehfähigen beschichteten Blech (1, 11, 20, 28), mittels eines Druckumformwerkzeugs
(2, 15, 23, 29), dadurch gekennzeichnet, daß das Blech in einer Blechhaltevorrichtung
(4.1, 4.2, 4.3, 12.1, 12.2, 24.1 bis 24.4, 30.1, 30.2) im wesentlichen freitragend
gehalten und ein im Spitzenbereich (3) abgestuft kegeliges und poliertes nadelförmiges
Druckumformwerkzeug mit derart vorbestimmter Druckkraft und Vorschubgeschwindigkeit
in der Blechoberfläche tangential verschoben wird, daß die in der Beschichtung (1.1)
wirkenden tangential gerichteten Reibungskräfte unterhalb der Kohäsionskraft der Beschichtung
und der Adhäsionskraft zwischen Blechwerkstoff (1.2) und Beschichtung liegen, so daß
das Materialgefüge im Bereich der Kennzeichnung (10) ohne Materialabtrag und Aufbrechen
der Beschichtung verdichtet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Blech (1, 11, 20, 28) in
der Blechhaltevorrichtung (4.1, 4.2, 4.3, 12.1, 12.2, 24.1 bis 24.4, 30.1, 30.2) derart
gehaltert ist, daß aus seiner Form- und Materialelastizität und einer wahlweise vorgegebenen
Elastizität der Halterung eine dem Eindringen und der Verschiebung des Drucckumformwerkzeuges
entgegenwirkende Gegendruckkraft mit vorbestimmter Normal- und Tangentialkomponente
resultiert.
3. Druckumformwerkzeug zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch eine als massiver, zweistufiger Kegel ausgebildete polierte Werkzeugspitze
(3), deren kegeliger Endbereich (3.1) einen Spitzenwinkel aufweist, dessen Verhältnis
zum Konuswinkel des daran anschließende kegelstumpfförmigen Bereichs (3.2) im Bereich
von über 1,0 bis 1,3 liegt.
4. Druckumformwerkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Spitzenwinkel
im Bereich zwischen 115 und 120° liegt.
5. Druckumformwerkzeug nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeugspitze
(3) eine, insbesondere mittels einer feinkörnigen Schleifpaste, polierte Oberfläche
(3.3) mit einer Rauhtiefe von ≤ 0,1 µm aufweist.
6. Druckumformwerkzeug nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß
der kegelige Endbereich (3.1) einen Spitzenwinkel von 120° und eine Grundfläche mit
einem Durchmesser von 0,6 mm und der kegelstumpfförmige Bereich (3.2) einen Konuswinkel
von 100° und einen Grundflächendurchmesser entsprechend dem Durchmesser des Druckumformwerkzeuges
(2) von 8 mm aufweist.
7. Druckumformwerkzeug nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß
die Werkzeugspitze (3) aus der Hartmetall-Legierung HM GS 25 "Feinkorn" besteht.
8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Ansprüch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Halterung des Bleches (1, 11, 20, 28) eine der Form und Größe des Bleches
angepaßte, gegenhalterfreie Blechhaltevorrichtung (4.1, 4.2, 4.3, 12.1, 12.2, 24.1-24.4,
30.1, 30.2) vorgesehen ist, die das Blech über eine, insbesondere den Kantenbereich
des Bleches erfassende, reib- und/oder formschlüssige Verbindung gegenüber einem Gestell
(13, 25) oder geFundament (5, 21, 31) derart fixiert, daß der Kraftfluß, der sich
aus der Krafteinwirkung des Druckmformwerkzeugs (2, 15, 23, 29) auf das Blech (1,
11, 20, 28) ergibt, entweder über das Gestell (13, 25) oder über das Fundament (5,
21, 31) mit vorbestimmter Elastizität geschlossen wird.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechhaltevorrichtung
(4.1, 4.2, 4.3, 12.1, 12.2, 24.1-24.4, 30.1, 30.2) Spannzangen (4.3, 14.1, 14.2, 32.1,
32.2) aufweist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine mehrere Freiheitsgrade
aufweisende Handhabungsvorrichtung (18, 22, 34), welche Relativbewegungen zwischen
Druckumformwerkzeug (15, 23, 29) und Blech (11, 20, 28) zur Heranführung des Druckumformwerkzeugs
(15, 23, 29) an den zu kennzeichnenden Oberflächenbereich des Bleches (11, 20, 28)
ermöglicht, und eine Positioniervorrichtung (6, 7, 8, 16, 26) zum Vorschub des Druckumformwerkzeuges
gegenüber dem Blech mit vorbestimmter Vorschubgeschwindigkeit im Eingriffszustand
vorgesehen sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Positioniervorrichtung
(6, 7, 8, 16, 26) einen Zweifachschlitten (6, 7) mit einer Kombination aus Rollen-
und Kugelführung sowie mehrere Antriebe und diesen jeweils zugeordnete Motorachsen
aufweist und daß für die Kopplung der Antriebe mit den Motorachsen Zahnriemenantriebe
vorgesehen sind.