Die Erfindung betrifft die Handhabung von Werkstücken beim Vornehmen von Bearbeitungsvorgängen, insbesondere beim Bördeln.
Das Bördeln, auch Falzen genannt, fällt in den Verfahrensbereich der spanlosen Umformtechnik. Darunter versteht man das Umlegen einer abgewinkelten Kante bzw. eines Bördelflansches eines äußeren Bleches bzw. einer Haut über ein inneres Blech bzw. über ein Gerippe. Sinn des Bördelns ist, ggf. unter Einsatz von Klebstoff mindestens zwei Blechteile bzw. Haut und Gerippe fest miteinander zu verbinden. Im Automobilbau kommt das Verfahren meist an Fahrzeugkomponenten wie Haube, Tür, Rückwandklappe, Heckraumdeckel und Dach zum Einsatz.
Bei dem Bördeln wird die Kontur des Bauteiles bestimmt. Man unterscheidet Innen- und Außenbördeln. Beim Außenbördeln wird die Außenkontur des Bauteils wie z. B. Haube, Tür, Rückwandklappe, und Heckraumdecke festgelegt. Beim Innenbördeln die Kontur von Fensterausschnitten wie Dach oder Tür festgelegt.
Das Bördeln beeinflusst entscheidend die Einbauqualität der Komponenten in die Karosserie bezüglich Spaltmaß und Fallung. Gebördelt wird häufig in zwei bis drei Stufen bzw. Schritten. Dabei spricht man von Ankippen, Vor- und Fertigbördeln.
Es gibt mehrere unterschiedliche Bördelsysteme. Bei einer Ausführungsform wird das Fertigungsteil in einer besonderen Haltevorrichtung, dem sogenannten "Bördelbett", gegen ein feststehendes Werkzeug gefahren. Bei einer anderen Ausführungsform liegt das Fertigungsteil fest in einer Form und die Werkzeuge bewegen sich. Dabei ist es auch bekannt, mit einer beweglichen und drehbaren Rolle zu bördeln, dies wird "Rollbördeln" genannt.
Bördelvorrichtungen sind im weiteren Sinn getriebene Presswerkzeuge. Der Antrieb der Anlagen erfolgt häufig hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch. Vorzugsweise wird aus Gründen des notwendigen Pressdruckes der Stößel, der den Arbeitshub besorgt, hydraulisch bewegt. Bördelbacken können hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch über Stellmotoren bewegt werden.
Ein Bördelbett bildet häufig das Aufnahmewerkzeug für Außenhaut und Gerippe. Es ist die genaue 3D-Formabbildung der Außenhaut und damit Grundvoraussetzung für die geforderte Fallungsqualität. Das Bett wird als Basis bzw. Nullbezug angesehen und bedarf keiner Nachbearbeitung oder Einarbeitung.
Die Bördelbacken bzw. Falzsteine ergeben in ihrer Arbeitsposition einen offenen oder auch vollständig geschlossenen Ring. An den Bördelbacken bzw. Falzsteinen findet die eigentliche Umformung statt, da darin die Flanschpositionen zum Vor- und Fertigbördeln angearbeitet sind. Bei einer zweistufigen Bördelvorrichtung sind die Backenreihen übereinander angeordnet, in einer einstufigen ist nur eine Reihe Backen entweder zum Vor- oder zum Fertigbördeln montiert. Kriterium für die Ein- oder Zweistufigkeit ist die Taktzeit der Fertigungszelle in Verbindung mit der Antriebsart der Vorrichtung. Häufig werden zweistufige Bördelvorrichtungen eingesetzt.
Bei zweistufigen Anlagen kommen nacheinander Vor- und Fertigbördelbacken zum Einsatz. Durch das hydraulische Heben des Stößels wird der Bördelflansch an den Falzsteinen umgelegt.
Die beiden Bauteile Gerippe und Haut werden mit Zwangseinweisern und Aufnahmebolzen nach den Grundausrichtungsbohrungen (ASKF) positioniert. Niederhalter können unmittelbar vor dem Bördelvorgang das formgenaue Aufliegen von dem Gerippe auf der Außenhaut sichern. Mit einem Niederhalter wird das Gerippe vor und während des Bördelvorganges auf die Haut und somit in Form des Bördelbettes gedrückt. Dadurch werden Fallungsfehler minimiert und die gewünschte Überlappung des Bördelflansches über das Gerippe sichergestellt.
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Bei diesen Werkzeugmaschinen ist es von Nachteil, dass diese teuer und kompliziert aufgebaut sind. Weiterhin kann ein Bördeln nur nach einem genauen Einstellen der unterschiedlichen Teile der Werkzeugmaschine erfolgen, damit optimale Ergebnisse erzielt werden.
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Mit der Erfindung soll die Handhabung von Werkstücken beim Vornehmen von Bearbeitungsvorgängen vereinfacht und das Arbeitsergebnis verbessert werden.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
Die Erfindung sieht nicht etwa eine kompliziert aufgebaute Bördelvorrichtung oder geänderte Niederhalter vor, wie es an sich denkbar wäre, um ein besseres Arbeitsergebnis zu erzielen. Vielmehr wird eine Vereinfachung der bisher eingesetzten Ankippvorrichtungen vorgesehen. Dazu werden mindestens ein Standard-Antriebselement und ein Schieber, der unmittelbar an seiner Vorderseite einen Ankippformbacken aufweist, eingesetzt. Damit wird der Bördelflansch einer Blechhaut bearbeitet. Als Antriebselemente können beispielsweise Pneumatikzylinder, Hydraulikzylinder, ein Anker einer Spule oder auch eine Spindel eines Elektroantriebs eingesetzt werden. Diese Antriebselemente können ohne zusätzliche Getriebe oder ohne dass etwa eine groß ausfallende Kniehebelmechanik zwischengeschaltet ist, betrieben werden.
Es hat sich herausgestellt, dass die Erfindung das Ankippen erleichtert und verbessert, bei dem nur "kritische Bereiche" auf einer separaten Ankippvorrichtung (erste Stufe) bearbeitet werden. Das Vor- und Fertigbördeln erfolgt erst danach auf der eigentlichen Bördelpresse (zweite und dritte Stufe) und bearbeitet den kompletten Bördelflansch der Außenkontur.
"Kritische Bereiche" können in Teilabschnitten mit sehr kleinen Radien, großen Öffnungswinkeln (größer als ca. 116°) vorliegen und auch bei Teilen, bei denen abweichend zu einer vorgegebenen Bördellage der Bördelflansch gebördelt werden muss. Ein unerwünschter Materialschub in der Bördelpresse wird mit der Erfindung vermieden.
Zudem besteht bei Radien oder Bördelflanschwinkelstellungen von weniger als ca. 116° sowie bei ungünstigem Formverlauf am Umriss, auch abhängig von der Lage des Bauteils im Bördelbett, die Möglichkeit, dass ein Fügen des Gerippes in die Haut mittels "Overhead" oder Roboter nicht gegeben ist. Auch in solchen Bereichen hat es sich bewährt, erfindungsgemäß anzukippen.
Die Erfindung vermeidet kompliziert aufgebaute Ankippeinheiten, die aufwendige und in drei Achsen gedrehte Schweißkonstruktionen beinhalten. Diese Konstruktionen erfordern sehr aufwendige Konstruktionen und CAD-Untersuchungen und haben sich nicht bewährt.
Erfindungsgemäß sind Konsolen zur Halterung der Ankippeinheit vorgesehen, die Bestandteil des Bördelbetts sind. Besonders haben sich dabei angegossene Konsolen bewährt. Führungen für die Schieber können dabei in einer Aufspannung bereits bei der Formbearbeitung des Bördelbetts hergestellt werden. Mit der Erfindung lassen sich somit besonders einfach herzustellende Ankippvorrichtungen bereitstellen, die wesentlich kostengünstiger sind, als diejenigen des Standes der Technik. Es ist mit einer Kostenersparnis von bis zu 40% pro Ankippvorrichtung zu rechnen.
Dies macht sich besonders deshalb bemerkbar, weil an vielen Ankippvorrichtungen zahlreiche Ankippeinheiten vorzusehen sind, häufig zwischen sechs und zehn Stück. Bei den ausladenden Ankippvorrichtungen des Standes der Technik konnte diese Zahl häufig aus Platzmangel nicht bereitgestellt werden, so dass man ein schlechteres Ergebnis mit weniger Ankippvorrichtungen in Kauf nehmen musste.
Die Erfindung ist in einer als Bearbeitungsvorrichtung ausgebildeten Werkzeugmaschine verwirklicht, die die Ankippeinheit aufweist. Mit der Ankippeinheit wird ein Bördelrand einer Blechhaut lokal umgebogen, beispielsweise an einer Stelle, die beim anschließenden Bördeln in eine nicht gewollte Richtung kippen würde. Außerdem wird eine Ankippeinheit an einer Stelle vorgesehen, bei der besonders kleine Biegeradien erzeugt werden sollen.
Die Erfindung ermöglicht eine günstige und wenig aufwendige Gesamtkonstruktion. Mit der Erfindung ist eine Standardisierung der Ankippeinheiten innerhalb eines Ankippsystems möglich. Diese Systeme sind nicht mehr bauteilabhängig und von Modell zu Modell gleich.
Mit dem Ankippsystem wird die Haut auf einfache Weise im Bereich des Bördelflansches angekippt und so eine gewünschte Überlappung des Bördelflansches z.B. über das Gerippe sichergestellt.
Die Ankippsysteme werden an mechanisch wenig aufwendigen Konstruktionen angebracht. Die mechanischen Konstruktionsvorgaben erlauben eine geringe Aufbauhöhe und -breite. Die Montage ist durch die geringe Größe des Systems sehr einfach. Ankippantriebe, die an einem über die Bördelvorrichtung weit auskragendem Halterahmen montiert sind, brauchen nicht mehr vorgesehen werden.
Mit dem Ankippsystem wird die Haut auf einfache Weise im Bereich des Bördelflansches angekippt und so eine gewünschte Überlappung des Bördelflansches z.B. über das Gerippe sichergestellt.
Nachfolgend wird ein denkbarer Bördelvorgang mit einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine beschrieben.
Alle Ankippeinheiten der Ankippvorrichtung sind in Grundstellung, d.h. in der hinteren Endlage.
Die beiden Bauteile, Gerippe und Haut, werden eingelegt und mit Zwangseinweisern, Aufnahme- und Absteckbolzen nach den Grundausrichtungsbohrungen (ASKF) positioniert. Das Gerippe wird mittels Spanner in die Haut und somit auch in das Bett der Ankippvorrichtung gedrückt. In den kritischen Bereichen schwenken Niederhalter formgenau in die Wurzel der Bördelkante der Außenhaut ein und halten diese im Sinne eines Abkantungsbackens fest. Durch den Pneumatikzylinder wird der Schieber mit dem aufgesetzten Formbacken anschließend gegen den Bördelflansch bis auf Endlage gefahren. Die notwendige Maßeinstellung erfolgt über eine Gewindespindel an der Kolbenstange. Der Pneumatikzylinder, die Niederhalter und Zentrierungen fahren in die Grundstellung zurück. Damit ist der Ankippvorgang abgeschlossen und das Teil wird aus der Vorrichtung genommen und in die Bördelpresse zur weiteren Bearbeitung eingelegt.
Die Erfindung ist in der Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispiels veranschaulicht.
Auf das Bördelbett 2 ist eine Stahlblechhaut 14 aufgelegt. Die Schweißkonstruktion 3 stellt eine Halterung für den Pneumatikzylinder 5 dar und ist an der als Anguss ausgestalteten Konsole 17 befestigt.
Eine bearbeitete Oberseite 13 der Konsole 17 dient dabei als Auflage für die Führung 4 des Schiebers 7, der mit der Kolbenstange 6 des Pneumatikzylinders 5 verbunden ist. An der Vorderseite des Schiebers 7 ist ein Formbacken 9 vorgesehen.
Wie man in
Mit der Erfindung entfallen schiebekraftverstärkeride Kniehebel an etwaigen Aktuatoren, wodurch die erfindungsgemäße Ankippeinheit 1 bei besonders kleinem Bauraum und mit direkter Krafteinwirkung ausgeführt werden kann.
Die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine lässt sich besonders einfach herstellen.
Am aus Stahl gegossenen Bördelbett 2 werden im Bereich der vorzusehenden Ankippvorrichtungen bzw. Ankippeinheiten entsprechend der Anzahl der "kritischen Bereiche" der Stahlblechhaut 14 Montageflächen zur Führung der Schieber 9 angegossen. Die Anzahl der Ankippeinheiten ist bauteilabhängig jeweils zu bestimmen. Diese Montageflächen werden gleich bei der Formbearbeitung des Bördelbetts 2 mitbearbeitet, was im Verhältnis zur der bisherigen Herstellung nur noch einen geringen Zusatzaufwand mit sich bringt. Auf diesen Montageflächen werden Führungsleisten mit Notlaufeigenschaften montiert. Auch Anschraubflächen für die Schweißkonstruktion zur Aufnahme des Pneumatikzylinders werden gleich an dem Anguss bzw. an der Konsole 17 mitbearbeitet. Der Schieber 9 und der Niederhalter 11 werden nach CAD/CAM-Daten gefertigt.
Mit dem in
In der Wurzel 12 verhindert dieser Niederhalter 11 beim Ankippvorgang das ungewollte Einrollen oder das Einziehen der Stahlblechhaut, wodurch dem Entstehen von Wölbungen entgegengewirkt wird. Der Niederhalter 11 kann mit einem hier nicht gezeigten Schwenkspannzylinder, mit einem Hydraulikzylinder, mit einem Pneumatikzylinder, elektrisch oder jeglicher Art von mechanischer Betätigung betrieben werden. Die entsprechende Anpresskraft wird nach den jeweiligen Anforderungen ermittelt. Der Einbau der Niederhalter kann sowohl innerhalb als auch außerhalb des Bördelbetts 2 liegen. Außerdem ist es denkbar, den Drehpunkt oder die Befestigungsstelle des Niederhalters 11 gleich in die Gussform des Bördelbetts 2 mit einzuarbeiten. Schließlich ist auch eine Schweißkonstruktion als tragendes Bauteil des Niederhalterantriebs denkbar.
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