[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einsatz bei der Fertigung
von tiefgezogenen Blechformteilen, insbesondere Karosseriebauteilen.
[0002] Damit aus einer rechteckigen Platine, aus Stahl- bzw. Aluminiumblech, beispielsweise
die gewünschte Motorhaube, Seitenwand oder Heckklappe entsteht, ist eine Reihe unterschiedlicher
Fertigungsschritte erforderlich. Zu Beginn wird der ebene Blechzuschnitt in der Regel
zu einem Hohlkörper tiefgezogen. Als Folgeoperationen reihen sich mindestens zwei
Beschneidewerkzeuge ein, welche das Ziehteil um den Umfang oder einen Innenausschnitt
beschneiden und/oder lochen, sodass die gewünschte Oberfläche des Karosserieteils
bei der Montage der Karosse die erforderlichen Anschlussmaße besitzt.
[0003] Das Tiefziehen gehört zur Kategorie "Umformen", die alle die Fertigungsverfahren
umfasst, welche unter Beibehalt der Masse und des Stoffzusammenhalts, die Form eines
Körpers verändern. Es wird also lediglich die Position der Werkstoffteilchen verschoben
und dabei die Eigenschaft der plastischen Verformung von metallischem Blech genutzt,
um Bauteile mit Wandstärken wesentlich dünner als deren Fläche irreversibel in beliebig
geformte Hohlkörper umzuformen. Dabei spricht man von Tiefziehen als Zugdruckumformung.
[0004] Die Figuren 1 und 2 zeigen Schaubilder zweier beispielhafter Tiefziehprozesse.
[0005] Figur 1 a zeigt eine mit einem Tiefziehwerkzeug gerüstete Presse und einem zwischen
Matrize 12 und Blechhalter 13 geklemmten Blechzuschnitt 10, im Folgenden Platine 10
genannt, direkt vor dem Tiefziehvorgang.
[0006] Beim eigentlichen Tiefziehvorgang fährt der Pressenstößel 16 nach unten und presst
die Matrize 12 auf die Platine 10, welche wiederum gegen den Stempel 11 gepresst wird.
Hierbei wird die Platine 10 an ihren Rändern von dem Blechhalter mit einer nach oben
gerichteten Blechhalterkraft gegen die Matrize 12 gedrückt. Der Abstand zwischen Matrize
12 und Blechhalter 13 ist so gewählt, dass die Platine 10 während des Tiefziehens
zwar nachrutschen, aber keine Falten bilden kann.
[0007] Figur 1b zeigt die Presse mit geschlossenem Tiefziehwerkzeug und tiefgezogenem Formteil
am Ende des Tiefziehprozesses. Die Umformung der Platine erfolgt durch radiale Zugspannung
und dadurch bewirkte tangentiale Druckspannungen. Das tiefgezogene Formteil weist
den eigentlichen einseitig offenen Hohlkörper auf, welcher von dem sogenannten Ziehrand
flanschartig umgeben ist. Der durch das Tiefziehen entstehende Platineneinzug ist
abhängig von der Tiefe des geformten einseitig offenen Hohlkörpers und variiert entlang
des Randes des tiefgezogenen Blechformteils. Ein Beispiel eines tiefgezogenen Blechformteils
mit stark ausgeprägtem Platineneinzug zeigt Figur 4.
[0008] Figuren 2a und 2b zeigen Schaubilder eines weiteren beispielhaften Tiefziehvorgangs.
[0009] Figur 2a zeigt eine mit einem Tiefziehwerkzeug gerüstete Presse und einem zwischen
Matrize 22 und Blechhalter 23 geklemmten Blechzuschnitt 20, im Folgenden Platine 20
genannt, direkt vor dem Tiefziehvorgang.
[0010] Beim eigentlichen Tiefziehvorgang fährt der Ziehstößel 27 nach unten und presst die
den Stempel 21 auf die Platine 20, welche wiederum gegen die Matrize 22 gepresst wird.
Hierbei wird die Platine 20 an ihren Rändern vom Blechhalter 23 mit einer nach unten
gerichteten Blechhalterkraft gegen die Matrize 22 gedrückt. Die Blechhalterkraft wird
von dem Blechhalterstößel 28 bereitgestellt, welcher den Blechhalter 23 mit der Blechhalterkraft
nach unten drückt. Der Abstand zwischen Matrize 22 und Blechhalter 23 ist auch hier
so gewählt, dass die Platine 20 während des Tiefziehens zwar nachrutschen, aber keine
Falten bilden kann. Figur 2b zeigt die Presse mit geschlossenem Tiefziehwerkzeug und
tiefgezogenem Formteil am Ende des Tiefziehprozesses. Das tiefgezogene Formteil weist
den eigentlichen einseitig offenen Hohlkörper auf, welcher vom Ziehrand flanschartig
umgeben ist. Der durch das Tiefziehen entstehende Platineneinzug ist auch hier abhängig
von der Tiefe des geformten einseitig offenen Hohlkörpers und variiert entlang des
Randes des tiefgezogenen Blechformteils.
[0011] Figur 3 zeigt eine beispielhafte Blechhalterdistanz 31, die am Ziehwerkzeug eingebaut
wird, um gegebenenfalls einen Spalt zwischen Werkzeugoberteil und Werkzeugunterteil
zu vergrößern und die Platine im Werkzeug bei der Umformung einfacher fließen zu lassen.
Die verwendeten Blechhalterdistanzen bestimmen somit die Größe des Spalts zwischen
Werkzeugoberteil und Werkzeugunterteil im Blechhaltebereich.
[0012] Für die Produktion hoher Stückzahlen werden automatisierte Pressenstraßen verwendet,
und die Qualität der erzeugten fertigen Blechformteile kontrolliert. Als Pressenstraße
wird eine Aneinanderreihung mehrerer Pressen bezeichnet, wobei die Automatisierung
beispielsweise mittels zwischen den einzelnen Pressen angeordneten Robotern oder anderen
geeigneten Transfereinrichtungen erfolgt, welche die geformten und gegebenenfalls
geschnittenen, aber noch unfertigen Blechformteile von einer Presse zur nächsten Presse
transportieren. In der Pressenstraße wird üblicherweise die erste Presse mit dem Ziehwerkzeug
gerüstet und die Folgepressen werden mit den Werkzeugen der Folgeoperationen der Fertigungsmethode
des jeweiligen Karosseriebauteils gerüstet. Ist der Rüstprozess beendet, fahren Pressenstößel
und Werkzeugoberteil, durch Schrauben verbunden, vertikal nach oben in den oberen
Totpunkt. Daraufhin legt z.B. ein Roboter, ausgestattet mit einem Sauggreifer, die
ebene Blechplatine in das Ziehwerkzeug und der Pressenstößel fährt den unteren Totpunkt
an. Dabei fahren Werkzeugober- und Unterteil zusammen und formen die Platine zum Ziehteil
um. Zwischen der ersten und zweiten Presse befindet sich beispielsweise ebenfalls
ein Roboter mit Sauggreifer, welcher das Ziehteil von der Ziehpresse zur zweiten Presse
transportiert und auf dem Werkzeugunterteil ablegt. Die zweite Presse führt einen
weiteren Fertigungsschritt, wie z.B. einen weiteren Formprozess oder einen Beschneideprozess
aus. Nach diesem Prinzip durchlaufen Karosseriebauteile mehrere Werkzeugoperationen
in mehreren, in Reihe geschaltete Pressen, bevor ein Fertigteil auf Maßhaltigkeit
überprüft werden kann.
[0013] Wichtige Oberflächenpunkte und Anschlussmaße können vor Ort an der Pressenstraße
mit Hilfe einer Lehrenvorrichtung kontrolliert oder im Messraum durch objektive Messverfahren
wie optischer oder taktiler Messtechnik ausgewertet werden. Sind die Messwerte in
der Toleranz, wird die Produktionsfreigabe erteilt und mit der Abpressung begonnen.
Beim manuellen Abstapeln der Fertigteile in Ladungsträger ist es beispielsweise üblich,
dass Bauteile mit optischen Mäkeln, wie Rissen, Riefen oder Einschnürung durch Sichtkontrolle
aussortiert werden. Des Weiteren werden üblicherweise über die Abpressung hinweg mehrere
Fertigteile auf der Lehre oder im Messraum ausgewertet.
[0014] Zur Einhaltung vorgegebener Toleranzfenster bzw. Toleranzintervalle für die Fertigteile
müssen eine Vielzahl von Produktions- bzw. Pressenparametern eingestellt und gegebenenfalls
nachjustiert werden. Sobald Einflussparameter während der Abpressung nicht direkt
kontrollierbar sind, spricht man von Störgrößen. Beispiele hierfür sind die schwankende
Qualität des Chargenmaterials im Gefüge, der Topografie oder in der Materialstärke.
[0015] Die Blechplatinen werden von Lieferanten in Form von kilometerlangen, aufgerollten
Bandmaterial, sogenannten Coils, angeliefert. Des Weiteren wird zwischen der Grund-
und Zusatzbeölung des Coils unterschieden. Ersteres wird vor dem Aufrollen in Form
von Trockenfett gleichmäßig auf dem Bandmaterial verteilt und macht sich unter Umständen
als Störgröße bemerkbar. Denn Schwankungen sind abhängig von der Standzeit des Coils,
welche dazu beiträgt, dass die Grundbeölung durch das Eigengewicht des Coils nach
außen verdrängt wird. Eine weitere, sehr wichtige Störgröße ist die Werkzeugtemperatur,
welche im Ziehwerkzeug aufgrund der hohen Reibung zwischen Blechplatine und Werkzeugoberfläche
große Änderungen durchläuft.
[0016] Aufgrund der eben genannten ständig variierenden Störgrößen sind Standardeinstellungen
für die Produktions- bzw. Pressenparameter in einer neuen Abpressung zunächst nicht
zielführend. Dennoch läuft in der Regel die Produktion mit den Standardeinstellungen
an und die ersten Teile durchlaufen alle Fertigungsoperationen, damit das erste Teil,
welches frei von optischen Mäkeln ist, auf der Lehre an der Pressenstraße oder im
Messraum auf Maßhaltigkeit untersucht werden kann. Sind Messpunkte außerhalb der Toleranz,
werden die Produktions- bzw. Pressenparameter, auch Stellgrößen genannt, an der Ziehpresse
in der Regel nach subjektivem Empfinden der Pressenführer, das auf jahrelanger Erfahrung
beruht, nachjustiert. Daraufhin durchlaufen wieder ein paar Teile alle Fertigungsoperationen
unter der Annahme, dass alle Messpunkte in der Toleranz liegen.
[0017] Damit liegen die Hauptprobleme beim Produktionsanlauf, also dem Zeitraum, in welchem
Parameter ständig nachjustiert werden müssen, um die hergestellten Teile in das vorgegebene
Toleranzfenster zu bringen und darin zu halten. Da in dieser als Anlaufzeit bezeichneten
Phase nur wenige Teile produziert werden, die zusätzlich einen hohen Ausschussanteil
aufweisen, kann dies zu erheblichen Umsatzeinbußen führen.
[0018] Sind die richtigen Pressen- und Werkzeugparameter eingestellt und durch Maßhaltigkeit
der Fertigteile verifiziert, werden fortwährend fertige Blechformteile produziert.
Dabei nähert sich die Temperatur im Ziehwerkzeug degressiv einer individuellen Asymptote,
welche zur Raumtemperatur ein Temperaturdelta von bis zu ca. 20 °C aufweisen kann.
Die Auswirkungen der Störgröße Temperaturanstieg sind bei manchen Ziehwerkzeugen nach
wenigen Minuten feststellbar. Die Qualität sinkt, die Ausschusszahlen steigen und
es besteht die Gefahr, dass das Werkzeug während des Ziehprozesses beschädigt wird.
Es ist dann die Aufgabe der Pressenführer, Vorarbeiter und Fertigungsmeister, die
passenden Änderungen der Stellgrößen bzw. Pressenparameter zu finden, welche zumindest
für eine gewisse Zeit zu einer akzeptablen Qualität der Fertigteile führt.
[0019] Somit ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung
bereitzustellen, welche die Mängel und Nachteile herkömmlicher Verfahren und Vorgehensweisen
beseitigt bzw. ausschließt.
[0020] Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch die Verfahren gemäß den Ansprüchen 1, 8 und
11, sowie der Vorrichtung gemäß Anspruch 14 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen 2 - 7, 9, 10, 12 und 13 angegeben.
[0021] Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Einsatz bei der Fertigung
von tiefgezogenen Blechformteilen bereitgestellt, wobei das Verfahren aufweist:
Ermitteln eines Ziehrandmaßes eines ersten Ziehteils, welches durch Tiefziehen eines
ersten Blechzuschnitts mit einer ersten Blechhalterkraft geformt wurde;
Ermitteln einer Abweichung des ermittelten Ziehrandmaßes von einem vorgegebenen Toleranzintervall
für das Ziehrandmaß; und
Modifizieren eines Betrags der ersten Blechhalterkraft um einen Korrekturwert, der
in Abhängigkeit von der ermittelten Abweichung des Ziehrandmaßes von dem vorgegebenen
Toleranzintervall bestimmt wird, um eine zweite Blechhalterkraft zu bestimmen, die
für ein Tiefziehen eines zweiten Blechzuschnitts verwendet wird.
[0022] Das Verfahren ist besonders gut geeignet zur Fertigung von tiefgezogenen Blechformteilen,
wie z.B. Karosseriebauteilen, in einer Pressenstraße, in welcher mehrere, mit verschiedenen
Werkzeugen gerüstete Pressen seriell angeordnet sind und verschiedene Fertigungsschritte
durchführen. In der Regel erfolgt das Tiefziehen als erster Fertigungsschritt in der
ersten Presse der Pressenstraße.
[0023] Vorteilhafterweise wird das Ziehrandmaß eines Ziehteils, welches durch Tiefziehen
eines Blechzuschnitts mit einer bestimmten Blechhalterkraft geformt wurde, nach dem
Tiefziehfertigungsschritt bestimmt, um bei Abweichungen von dem gewünschten Toleranzintervall
die Blechhalterkraft, die für ein Tiefziehen des nächsten, nachfolgenden Blechzuschnitts
verwendet wird, schnell modifizieren bzw. anpassen zu können.
[0024] Es ist aber natürlich genauso möglich, das Ziehrandmaß eines Ziehteils erst zu einem
späteren Zeitpunkt zu bestimmen, d.h. nach einem in einer der nachfolgenden Pressen
der Pressenstraße später erfolgten Fertigungsschritt, wie z.B. das Zuschneiden, wobei
natürlich vorausgesetzt sein muss, dass ein noch messbarer Ziehrand am Ziehteil vorhanden
ist.
[0025] Besonders vorteilhaft ist es, das Ziehrandmaß eines ersten Ziehteils während eines
laufenden Fertigungsprozesses in Echtzeit zu ermitteln und darauf basierend den Betrag
einer Blechhalterkraft zu korrigieren, die für ein darauffolgendes Tiefziehen eines
zweiten Ziehteils verwendet wird.
[0026] Gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel wird für das Bestimmen des Korrekturwerts
für die Blechhalterkraft überprüft, ob die ermittelte Abweichung des Ziehrandmaßes
von dem vorgegebenen Toleranzintervall einen ersten Grenzwert und/oder einen zweiten
Grenzwert überschreitet, welcher größer als der erste Grenzwert ist, wobei bestimmt
wird, dass:
der Korrekturwert ein erster Korrekturwert ist, wenn die ermittelte Abweichung des
Ziehrandmaßes den ersten Grenzwert nicht überschreitet,
der Korrekturwert ein zweiter Korrekturwert ist, der größer als der erste Korrekturwert
ist, wenn die ermittelte Abweichung des Ziehrandmaßes nur den ersten Grenzwert überschreitet,
und
der Korrekturwert ein dritter Korrekturwert ist, der größer als der zweite Korrekturwert
ist, wenn die ermittelte Abweichung des Ziehrandmaßes auch den zweiten Grenzwert überschreitet.
[0027] Dieses erste Ausführungsbeispiel der Erfindung stellt ein besonders einfach zu implementierendes
Verfahren bereit, in welchem das Ziehrandmaß von durch Tiefziehen geformten Ziehteilen
über die für das Tiefziehen verwendete Blechhalterkraft geregelt wird.
[0028] Um den Regelprozess zu beschleunigen, ist es vorteilhaft, mehrere Grenzwerte für
die ermittelte Abweichung des Ziehrandmaßes von dem vorgegebenen Toleranzintervall
vorzusehen, bei deren Überschreitung der Betrag des Korrekturwerts, um den die Blechhalterkraft
modifiziert wird, dem überschrittenen Grenzwert entsprechend in einem vorgegebenen
Maß erhöht wird. Eine große Abweichung des Ziehrandmaßes von dem vorgegebenen Toleranzintervall
hat demzufolge auch eine entsprechend große Änderung des Betrags des Korrekturwerts,
um den die Blechhalterkraft modifiziert wird, zur Folge.
[0029] Es können natürlich nicht nur zwei, sondern auch drei, vier oder noch mehr gestaffelte
Grenzwerte vorgesehen sein, wobei der erste Grenzwert kleiner als der zweite Grenzwert
ist, welcher wiederum kleiner als der dritte Grenzwert ist usw. Auf diese Weise kann
der Korrekturwert, um den die für ein Tiefziehen eines nachfolgenden Blechzuschnitts
verwendete Blechhalterkraft modifiziert wird, noch besser an die ermittelte Abweichung
des Ziehrandmaßes von dem vorgegebenen Toleranzintervall angepasst werden. Eine sehr
große Abweichung des Ziehrandmaßes von dem vorgegebenen Toleranzintervall hat dann
auch eine entsprechend große Korrektur der für ein Tiefziehen eines nachfolgenden
Blechzuschnitts verwendeten Blechhalterkraft zur Folge. Auf diese Weise kann das Ziehrandmaß
schneller in das vorgegebene Toleranzintervall geführt werden und der erzeugte Ausschuss
an tiefgezogenen Blechformteilen, deren Ziehrandmaße nicht in dem vorgegebenen Toleranzintervall
liegen, verringert werden.
[0030] Gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Korrekturwert für die
Blechhalterkraft in Abhängigkeit von der ermittelten Abweichung des Ziehrandmaßes
von dem vorgegebenen Toleranzfenster mittels einer vorab ermittelten Korrelation zwischen
Ziehrandmaß und zugehöriger Blechhalterkraft bestimmt, wobei die Korrelation zwischen
Ziehrandmaß und zugehöriger Blechhalterkraft vorteilhafterweise mit Hilfe einer Korrelationsgeraden
oder einer sich selbst anpassenden Korrelationsfunktion bestimmt wird.
[0031] Hierfür wird eine Korrelation zwischen Ziehrandmaß und zugehöriger Blechhalterkraft
für ein bestimmtes, durch Tiefziehen geformtes Blechformteil und die hierfür verwendete
Presse bestimmt und vorzugsweise für zukünftige Tiefziehprozesse gespeichert. Für
das Bestimmen der Korrelation zwischen Ziehrandmaß und zugehöriger Blechhalterkraft
kann die Änderung des Ziehrandmaßes zumindest näherungsweise als proportional zur
Änderung der Blechhalterkraft betrachtet werden, so dass die Korrelation zwischen
Ziehrandmaß und zugehöriger Blechhalterkraft durch eine Korrelationsgerade als Korrelationsfunktion
dargestellt werden kann.
[0032] Besonders vorteilhaft ist die Verwendung einer Korrelationsfunktion, die während
der Serienfertigung der Ziehteile kontinuierlich angepasst wird, indem das in Echtzeit
ermittelte Ziehrandmaß des gerade gefertigten Ziehteils zusammen mit der zugehörigen
Blechhalterkraft gespeichert wird, um die Korrelationsfunktion anhand der neu hinzukommenden
Wertepaare stetig anzupassen. Bei Verwendung einer linearen Korrelationsfunktion kann
demzufolge mit jedem neu hinzukommenden Wertepaar die Steigung der Korrelationsgeraden
angepasst werden. Die Steigung der Korrelationsgeraden kann beispielsweise mittels
der Methode der kleinsten Fehlerquadrate aus den bisher ermittelten Wertepaaren bestimmt
werden.
[0033] In einem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel werden das erste und zweite Ausführungsbeispiel
in vorteilhafter Weise verknüpft:
So kann beispielsweise während des Produktionsanlaufs, also dem Zeitraum, in welchem
Parameter ständig nachjustiert werden müssen, um die hergestellten Teile in das vorgegebene
Toleranzintervall zu bringen bzw. darin zu halten, das Verfahren gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel verwendet werden, um das Ziehrandmaß möglichst schnell in das
vorgegebene Toleranzintervall zu bringen und darin zu halten.
[0034] In der Phase des Produktionsanlaufs ist es zudem äußerst schwierig, eine Korrelation
zwischen Ziehrandmaß und Blechhalterkraft zu bestimmen, da sich andere Parameter schnell
verändern, wie beispielsweise die Werkzeugtemperatur in der Presse, die während des
Produktionsanlaufs in kurzer Zeit stark ansteigt. So ist beispielsweise die Bestimmung
der Steigung einer Korrelationsgeraden mittels der Methode der kleinsten Fehlerquadrate
in dieser Phase mit einem großen Fehler behaftet. Denn die dieser Methode zugrundeliegenden
Annahme, dass die Änderung des Ziehrandmaßes (zumindest annähernd) proportional zur
Änderung der Blechhalterkraft sei, ist in dieser Phase nicht mehr korrekt, da die
Störgröße Temperatur sich in dieser Phase zu stark ändert.
[0035] Nach dem Produktionsanlauf, also während der laufenden Serienproduktion von Blechformteilen,
kann dann beispielsweise das Verfahren gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel verwendet
werden, um das Ziehrandmaß zuverlässig in dem vorgegebenen Toleranzintervall zu halten.
Während der laufenden Serienproduktion von Blechformteilen ändert sich beispielsweise
die Werkzeugtemperatur nicht mehr wesentlich, so dass die Annahme, die Änderung des
Ziehrandmaßes sei zumindest annähernd proportional zur Änderung der Blechhalterkraft,
in dieser Phase wieder eher als gerechtfertigt anzusehen ist und somit die Korrelation
zwischen Ziehrandmaß und zugehöriger Blechhalterkraft mit Hilfe einer Korrelationsgerade
ermittelt werden kann.
[0036] Zweckmäßigerweise ist das Ziehrandmaß des ersten Ziehteils eine Ziehrandposition
des ersten Ziehteils, eine Ziehteilbreite des ersten Ziehteils, eine Ziehrandlänge
des ersten Ziehteils oder ein Mittelwert aus zwei oder mehreren Ziehrandpositionen,
die an unterschiedlichen Stellen des ersten Ziehteils ermittelt werden.
[0037] Über die Ziehrandposition wird vorteilhafterweise der Platineneinzug des ersten Ziehteils
bestimmt. Als Platineneinzug wird hierbei der Abstand des Randes eines Ziehteils,
das durch Tiefziehen eines Blechzuschnitts geformt wurde, zum Rand des Blechzuschnitts
in der ursprünglichen Form, also vor dem Tiefziehen, bezeichnet.
[0038] Vorteilhafterweise wird das Ziehrandmaß des ersten Ziehteils mittels eines Lasersensors
oder eines Laserscanners ermittelt, wobei der Lasersensor oder Laserscanner auch zur
Erkennung von Rissen in dem ersten Ziehteil verwendet werden kann.
[0039] Jedoch kann das Ziehrandmaß des ersten Ziehteils ebenso mittels optischer oder taktiler
Messverfahren oder auch mittels Ultraschall-Laufzeitverfahren ermittelt werden.
[0040] Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Einsatz bei der
Fertigung von tiefgezogenen Blechformteilen bereitgestellt, wobei ein Ziehrandmaß
eines durch Tiefziehen geformten Ziehteils durch einen Regelprozess in ein vorgegebenes
Toleranzintervall für das Ziehrandmaß geführt wird und in diesem gehalten wird, wobei
eine für das Tiefziehen verwendete Blechhalterkraft als Stellgröße des Regelprozesses
verwendet wird und das Ziehrandmaß des Ziehteils die Regelgröße des Regelprozesses
ist.
[0041] Das Verfahren ist besonders gut geeignet zur Fertigung von tiefgezogenen Blechformteilen,
wie z.B. Karosseriebauteilen, in einer Pressenstraße, in welcher mehrere, mit verschiedenen
Werkzeugen gerüstete Pressen seriell angeordnet sind und verschiedene Fertigungsschritte
durchführen. In der Regel erfolgt das Tiefziehen als erster Fertigungsschritt in der
ersten Presse der Pressenstraße.
[0042] Vorteilhafterweise wird das Ziehrandmaß eines Ziehteils, welches durch Tiefziehen
eines Blechzuschnitts mit einer bestimmten Blechhalterkraft geformt wurde, nach dem
Tiefziehfertigungsschritt bestimmt, um bei Abweichungen von dem gewünschten Toleranzintervall
die Blechhalterkraft, die für ein Tiefziehen des nächsten, nachfolgenden Blechzuschnitts
verwendet wird, schnell modifizieren bzw. anpassen zu können.
[0043] Es ist aber natürlich genauso möglich, das Ziehrandmaß eines Ziehteils erst zu einem
späteren Zeitpunkt zu bestimmen, d.h. nach einem in einer der nachfolgenden Pressen
der Pressenstraße später erfolgten Fertigungsschritt, wie z.B. das Zuschneiden, wobei
natürlich vorausgesetzt sein muss, dass ein noch messbarer Ziehrand am Ziehteil vorhanden
ist.
[0044] Besonders vorteilhaft ist es, das Ziehrandmaß eines ersten Ziehteils während eines
laufenden Fertigungsprozesses in Echtzeit zu ermitteln und darauf basierend den Betrag
einer Blechhalterkraft zu korrigieren, die für ein darauffolgendes Tiefziehen eines
zweiten Ziehteils verwendet wird.
[0045] Gemäß einem vierten bevorzugten Ausführungsbeispiel wird für ein Bestimmen eines
Korrekturwerts für die Blechhalterkraft überprüft, ob eine ermittelte Abweichung des
Ziehrandmaßes von dem vorgegebenen Toleranzintervall einen ersten Grenzwert und/oder
einen zweiten Grenzwert überschreitet, welcher größer als der erste Grenzwert ist,
wobei bestimmt wird, dass:
der Korrekturwert ein erster Korrekturwert ist, wenn die ermittelte Abweichung des
Ziehrandmaßes den ersten Grenzwert nicht überschreitet,
der Korrekturwert ein zweiter Korrekturwert ist, der größer als der erste Korrekturwert
ist, wenn die ermittelte Abweichung des Ziehrandmaßes nur den ersten Grenzwert überschreitet,
und
der Korrekturwert ein dritter Korrekturwert ist, der größer als der zweite Korrekturwert
ist, wenn die ermittelte Abweichung des Ziehrandmaßes auch den zweiten Grenzwert überschreitet.
[0046] Dieses Ausführungsbeispiel der Erfindung stellt ein besonders einfach zu implementierendes
Verfahren bereit, in welchem das Ziehrandmaß von durch Tiefziehen geformten Ziehteilen
über die für das Tiefziehen verwendete Blechhalterkraft geregelt wird.
[0047] Um den Regelprozess zu beschleunigen, ist es vorteilhaft, mehrere Grenzwerte für
die ermittelte Abweichung des Ziehrandmaßes von dem vorgegebenen Toleranzintervall
vorzusehen, bei deren Überschreitung der Betrag des Korrekturwerts, um den die Blechhalterkraft
modifiziert wird, dem überschrittenen Grenzwert entsprechend in einem vorgegebenen
Maß erhöht wird. Eine große Abweichung des Ziehrandmaßes von dem vorgegebenen Toleranzintervall
hat demzufolge auch eine entsprechend große Änderung des Betrags des Korrekturwerts,
um den die Blechhalterkraft modifiziert wird, zur Folge.
[0048] Es können natürlich nicht nur zwei, sondern auch drei, vier oder noch mehr gestaffelte
Grenzwerte vorgesehen sein, wobei der erste Grenzwert kleiner als der zweite Grenzwert
ist, welcher wiederum kleiner als der dritte Grenzwert ist usw. Auf diese Weise können
die Korrekturwerte, um den die für ein Tiefziehen eines nachfolgenden Blechzuschnitts
verwendete Blechhalterkraft modifiziert wird, noch besser an die ermittelte Abweichung
des Ziehrandmaßes von dem vorgegebenen Toleranzintervall angepasst werden. Eine sehr
große Abweichung des Ziehrandmaßes von dem vorgegebenen Toleranzintervall hat dann
auch eine entsprechend große Korrektur der für ein Tiefziehen eines nachfolgenden
Blechzuschnitts verwendeten Blechhalterkraft zur Folge. Auf diese Weise kann das Ziehrandmaß
schneller in das vorgegebene Toleranzintervall geführt werden und der erzeugte Ausschuss
an tiefgezogenen Blechformteilen, deren Ziehrandmaße nicht in dem vorgegebenen Toleranzintervall
liegen, verringert werden.
[0049] Gemäß einem fünften bevorzugten Ausführungsbeispiel wird ein Korrekturwert für die
Blechhalterkraft in Abhängigkeit von einer ermittelten Abweichung des Ziehrandmaßes
von dem vorgegebenen Toleranzfenster mittels einer vorab ermittelten Korrelation zwischen
Ziehrandmaß und zugehöriger Blechhalterkraft bestimmt, wobei die Korrelation zwischen
Ziehrandmaß und zugehöriger Blechhalterkraft vorteilhafterweise mit Hilfe einer Korrelationsgeraden
oder einer sich selbst anpassenden Korrelationsfunktion bestimmt wird.
[0050] Hierfür wird eine Korrelation zwischen Ziehrandmaß und zugehöriger Blechhalterkraft
für ein bestimmtes, durch Tiefziehen geformtes Blechformteil und die hierfür verwendete
Presse bestimmt und vorzugsweise für zukünftige Tiefziehprozesse gespeichert. Für
das Bestimmen der Korrelation zwischen Ziehrandmaß und zugehöriger Blechhalterkraft
kann die Änderung des Ziehrandmaßes zumindest näherungsweise als proportional zur
Änderung der Blechhalterkraft betrachtet werden, so dass die Korrelation zwischen
Ziehrandmaß und zugehöriger Blechhalterkraft durch eine Korrelationsgerade als Korrelationsfunktion
dargestellt werden kann.
[0051] Besonders vorteilhaft ist die Verwendung einer Korrelationsfunktion, die während
der Serienfertigung der Ziehteile kontinuierlich angepasst wird, indem das in Echtzeit
ermittelte Ziehrandmaß des gerade gefertigten Ziehteils zusammen mit der zugehörigen
Blechhalterkraft gespeichert wird, um die Korrelationsfunktion anhand der neu hinzukommenden
Wertepaare stetig anzupassen. Bei Verwendung einer linearen Korrelationsfunktion kann
demzufolge mit jedem neu hinzukommenden Wertepaar die Steigung der Korrelationsgeraden
angepasst werden. Die Steigung der Korrelationsgeraden kann beispielsweise mittels
der Methode der kleinsten Fehlerquadrate aus den bisher ermittelten Wertepaaren bestimmt
werden.
[0052] In einem sechsten bevorzugten Ausführungsbeispiel werden das vierte und fünfte Ausführungsbeispiel
in vorteilhafter Weise verknüpft:
So kann beispielsweise während des Produktionsanlaufs, also dem Zeitraum, in welchem
Parameter ständig nachjustiert werden müssen, um die hergestellten Teile in das vorgegebene
Toleranzintervall zu bringen bzw. darin zu halten, das Verfahren gemäß dem vierten
Ausführungsbeispiel verwendet werden, um das Ziehrandmaß möglichst schnell in das
vorgegebene Toleranzintervall zu bringen und darin zu halten.
[0053] In der Phase des Produktionsanlaufs ist es zudem äußerst schwierig, eine Korrelation
zwischen Ziehrandmaß und Blechhalterkraft zu bestimmen, da sich andere Parameter schnell
verändern, wie beispielsweise die Werkzeugtemperatur in der Presse, die während des
Produktionsanlaufs in kurzer Zeit stark ansteigt. So ist beispielsweise die Bestimmung
der Steigung einer Korrelationsgeraden mittels der Methode der kleinsten Fehlerquadrate
in dieser Phase mit einem großen Fehler behaftet. Denn die dieser Methode zugrundeliegenden
Annahme, dass die Änderung des Ziehrandmaßes (zumindest annähernd) proportional zur
Änderung der Blechhalterkraft sei, ist in dieser Phase nicht mehr korrekt, da die
Störgröße Temperatur sich in dieser Phase zu stark ändert.
[0054] Nach dem Produktionsanlauf, also während der laufenden Serienproduktion von Blechformteilen,
kann dann beispielsweise das Verfahren gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel verwendet
werden, um das Ziehrandmaß zuverlässig in dem vorgegebenen Toleranzintervall zu halten.
Während der laufenden Serienproduktion von Blechformteilen ändert sich beispielsweise
die Werkzeugtemperatur nicht mehr wesentlich, so dass die Annahme, die Änderung des
Ziehrandmaßes sei zumindest annähernd proportional zur Änderung der Blechhalterkraft,
in dieser Phase wieder eher als gerechtfertigt anzusehen ist und somit die Korrelation
zwischen Ziehrandmaß und zugehöriger Blechhalterkraft mit Hilfe einer Korrelationsgerade
ermittelt werden kann.
[0055] Zweckmäßigerweise ist das Ziehrandmaß des ersten Ziehteils eine Ziehrandposition
des ersten Ziehteils, eine Ziehteilbreite des ersten Ziehteils, eine Ziehrandlänge
des ersten Ziehteils oder ein Mittelwert aus zwei oder mehreren Ziehrandpositionen,
die an unterschiedlichen Stellen des ersten Ziehteils ermittelt werden.
[0056] Über die Ziehrandposition wird vorteilhafterweise der Platineneinzug des ersten Ziehteils
bestimmt. Als Platineneinzug wird hierbei der Abstand des Randes eines Ziehteils,
das durch Tiefziehen eines Blechzuschnitts geformt wurde, zum Rand des Blechzuschnitts
in der ursprünglichen Form, also vor dem Tiefziehen, bezeichnet.
[0057] Vorteilhafterweise wird das Ziehrandmaß des ersten Ziehteils mittels eines Lasersensors
oder eines Laserscanners ermittelt, wobei der Lasersensor oder Laserscanner auch zur
Erkennung von Rissen in dem ersten Ziehteil verwendet werden kann.
[0058] Jedoch kann das Ziehrandmaß des ersten Ziehteils ebenso mittels optischer oder taktiler
Messverfahren oder auch mittels Ultraschall-Laufzeitverfahren ermittelt werden.
[0059] Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Einsatz bei der
Fertigung von tiefgezogenen Blechformteilen bereitgestellt, wobei ein Ziehrandmaß
eines durch Tiefziehen geformten Ziehteils durch einen Regelprozess in ein vorgegebenes
Toleranzintervall für das Ziehrandmaß geführt wird und in diesem gehalten wird, wobei
eine für das Tiefziehen verwendete Blechhalterdistanzeinstellung als Stellgröße des
Regelprozesses verwendet wird und das Ziehrandmaß des Ziehteils die Regelgröße des
Regelprozesses ist.
[0060] Zweckmäßigerweise ist die für das Tiefziehen verwendete Blechhalterdistanzeinstellung
die für das Tiefziehen verwendete Einstellung der Blechhalterdistanzen, wie z.B. die
für das Tiefziehen verwendete Einstellung eines verstellbaren Distanzelements, welches
als einstellbare Blechhalterdistanz verwendet wird.
[0061] Das Verfahren ist besonders gut geeignet zur Fertigung von tiefgezogenen Blechformteilen,
wie z.B. Karosseriebauteilen, in einer Pressenstraße, in welcher mehrere, mit verschiedenen
Werkzeugen gerüstete Pressen seriell angeordnet sind und verschiedene Fertigungsschritte
durchführen. In der Regel erfolgt das Tiefziehen als erster Fertigungsschritt in der
ersten Presse der Pressenstraße.
[0062] Vorteilhafterweise wird das Ziehrandmaß eines Ziehteils, welches durch Tiefziehen
eines Blechzuschnitts mit einer bestimmten Blechhalterdistanzeinstellung geformt wurde,
nach dem Tiefziehfertigungsschritt bestimmt, um bei Abweichungen von dem gewünschten
Toleranzintervall die Blechhalterdistanzeinstellung, die für ein Tiefziehen des nächsten,
nachfolgenden Blechzuschnitts verwendet wird, schnell modifizieren bzw. anpassen zu
können.
[0063] Es ist aber natürlich genauso möglich, das Ziehrandmaß eines Ziehteils erst zu einem
späteren Zeitpunkt zu bestimmen, d.h. nach einem in einer der nachfolgenden Pressen
der Pressenstraße später erfolgten Fertigungsschritt, wie z.B. das Zuschneiden, wobei
natürlich vorausgesetzt sein muss, dass ein noch messbarer Ziehrand am Ziehteil vorhanden
ist.
[0064] Besonders vorteilhaft ist es, das Ziehrandmaß eines ersten Ziehteils während eines
laufenden Fertigungsprozesses in Echtzeit zu ermitteln und darauf basierend den Betrag
einer Blechhalterdistanzeinstellung zu korrigieren, die für ein darauffolgendes Tiefziehen
eines zweiten Ziehteils verwendet wird.
[0065] Gemäß einem siebten bevorzugten Ausführungsbeispiel wird für ein Bestimmen eines
Korrekturwerts für die Blechhalterdistanzeinstellung überprüft, ob eine ermittelte
Abweichung des Ziehrandmaßes von dem vorgegebenen Toleranzintervall einen ersten Grenzwert
und/oder einen zweiten Grenzwert überschreitet, welcher größer als der erste Grenzwert
ist, wobei bestimmt wird, dass:
der Korrekturwert ein erster Korrekturwert ist, wenn die ermittelte Abweichung des
Ziehrandmaßes den ersten Grenzwert nicht überschreitet,
der Korrekturwert ein zweiter Korrekturwert ist, der größer als der erste Korrekturwert
ist, wenn die ermittelte Abweichung des Ziehrandmaßes nur den ersten Grenzwert überschreitet,
und
der Korrekturwert ein dritter Korrekturwert ist, der größer als der zweite Korrekturwert
ist, wenn die ermittelte Abweichung des Ziehrandmaßes auch den zweiten Grenzwert überschreitet.
[0066] Dieses Ausführungsbeispiel der Erfindung stellt ein besonders einfach zu implementierendes
Verfahren bereit, in welchem das Ziehrandmaß von durch Tiefziehen geformten Ziehteilen
über die für das Tiefziehen verwendete Blechhalterdistanzeinstellung geregelt wird.
[0067] Um den Regelprozess zu beschleunigen, ist es vorteilhaft, mehrere Grenzwerte für
die ermittelte Abweichung des Ziehrandmaßes von dem vorgegebenen Toleranzintervall
vorzusehen, bei deren Überschreitung der Betrag des Korrekturwerts, um den die Blechhalterdistanzeinstellung
modifiziert wird, dem überschrittenen Grenzwert entsprechend in einem vorgegebenen
Maß erhöht wird. Eine große Abweichung des Ziehrandmaßes von dem vorgegebenen Toleranzintervall
hat demzufolge auch eine entsprechend große Änderung des Betrags des Korrekturwerts,
um den die Blechhalterdistanzeinstellung modifiziert wird, zur Folge.
[0068] Es können natürlich nicht nur zwei, sondern auch drei, vier oder noch mehr gestaffelte
Grenzwerte vorgesehen sein, wobei der erste Grenzwert kleiner als der zweite Grenzwert
ist, weleher wiederum kleiner als der dritte Grenzwert ist usw. Auf diese Weise können
die Korrekturwerte, um den die für ein Tiefziehen eines nachfolgenden Blechzuschnitts
verwendete Blechhalterdistanzeinstellung modifiziert wird, noch besser an die ermittelte
Abweichung des Ziehrandmaßes von dem vorgegebenen Toleranzintervall angepasst werden.
Eine sehr große Abweichung des Ziehrandmaßes von dem vorgegebenen Toleranzintervall
hat dann auch eine entsprechend große Korrektur der für ein Tiefziehen eines nachfolgenden
Blechzuschnitts verwendeten Blechhalterdistanzeinstellung zur Folge. Auf diese Weise
kann das Ziehrandmaß schneller in das vorgegebene Toleranzintervall geführt werden
und der erzeugte Ausschuss an tiefgezogenen Blechformteilen, deren Ziehrandmaße nicht
in dem vorgegebenen Toleranzintervall liegen, verringert werden.
[0069] Gemäß einem achten bevorzugten Ausführungsbeispiel wird ein Korrekturwert für die
Blechhalterdistanzeinstellung in Abhängigkeit von einer ermittelten Abweichung des
Ziehrandmaßes von dem vorgegebenen Toleranzfenster mittels einer vorab ermittelten
Korrelation zwischen Ziehrandmaß und zugehöriger Blechhalterdistanzeinstellung bestimmt,
wobei die Korrelation zwischen Ziehrandmaß und zugehöriger Blechhalterdistanzeinstellung
vorteilhafterweise mit Hilfe einer Korrelationsgeraden oder einer sich selbst anpassenden
Korrelationsfunktion bestimmt wird.
[0070] Hierfür wird eine Korrelation zwischen Ziehrandmaß und zugehöriger Blechhalterdistanzeinstellung
für ein bestimmtes, durch Tiefziehen geformtes Blechformteil und die hierfür verwendete
Presse bestimmt und vorzugsweise für zukünftige Tiefziehprozesse gespeichert. Für
das Bestimmen der Korrelation zwischen Ziehrandmaß und zugehöriger Blechhalterdistanzeinstellung
kann die Änderung des Ziehrandmaßes zumindest näherungsweise als proportional zur
Änderung der Blechhalterdistanzeinstellung betrachtet werden, so dass die Korrelation
zwischen Ziehrandmaß und zugehöriger Blechhalterdistanzeinstellung durch eine Korrelationsgerade
als Korrelationsfunktion dargestellt werden kann.
[0071] Besonders vorteilhaft ist die Verwendung einer Korrelationsfunktion, die während
der Serienfertigung der Ziehteile kontinuierlich angepasst wird, indem das in Echtzeit
ermittelte Ziehrandmaß des gerade gefertigten Ziehteils zusammen mit der zugehörigen
Blechhalterdistanzeinstellung gespeichert wird, um die Korrelationsfunktion anhand
der neu hinzukommenden Wertepaare stetig anzupassen. Bei Verwendung einer linearen
Korrelationsfunktion kann demzufolge mit jedem neu hinzukommenden Wertepaar die Steigung
der Korrelationsgeraden angepasst werden. Die Steigung der Korrelationsgeraden kann
beispielsweise mittels der Methode der kleinsten Fehlerquadrate aus den bisher ermittelten
Wertepaaren bestimmt werden.
[0072] In einem neunten bevorzugten Ausführungsbeispiel werden das siebte und achte Ausführungsbeispiel
in vorteilhafter Weise verknüpft:
So kann beispielsweise während des Produktionsanlaufs, also dem Zeitraum, in welchem
Parameter ständig nachjustiert werden müssen, um die hergestellten Teile in das vorgegebene
Toleranzintervall zu bringen bzw. darin zu halten, das Verfahren gemäß dem siebten
Ausführungsbeispiel verwendet werden, um das Ziehrandmaß möglichst schnell in das
vorgegebene Toleranzintervall zu bringen und darin zu halten.
[0073] In der Phase des Produktionsanlaufs ist es zudem äußerst schwierig, eine Korrelation
zwischen Ziehrandmaß und Blechhalterdistanzeinstellung zu bestimmen, da sich andere
Parameter schnell verändern, wie beispielsweise die Werkzeugtemperatur in der Presse,
die während des Produktionsanlaufs in kurzer Zeit stark ansteigt. So ist beispielsweise
die Bestimmung der Steigung einer Korrelationsgeraden mittels der Methode der kleinsten
Fehlerquadrate in dieser Phase mit einem großen Fehler behaftet. Denn die dieser Methode
zugrundeliegenden Annahme, dass die Änderung des Ziehrandmaßes (zumindest annähernd)
proportional zur Änderung der Blechhalterdistanzeinstellung sei, ist in dieser Phase
nicht mehr korrekt, da die Störgröße Temperatur sich in dieser Phase zu stark ändert.
[0074] Nach dem Produktionsanlauf, also während der laufenden Serienproduktion von Blechformteilen,
kann dann beispielsweise das Verfahren gemäß dem achten Ausführungsbeispiel verwendet
werden, um das Ziehrandmaß zuverlässig in dem vorgegebenen Toleranzintervall zu halten.
Während der laufenden Serienproduktion von Blechformteilen ändert sich beispielsweise
die Werkzeugtemperatur nicht mehr wesentlich, so dass die Annahme, die Änderung des
Ziehrandmaßes sei zumindest annähernd proportional zur Änderung der Blechhalterdistanzeinstellung,
in dieser Phase wieder eher als gerechtfertigt anzusehen ist und somit die Korrelation
zwischen Ziehrandmaß und zugehöriger Blechhalterdistanzeinstellung mit Hilfe einer
Korrelationsgerade ermittelt werden kann.
[0075] Zweckmäßigerweise ist das Ziehrandmaß des ersten Ziehteils eine Ziehrandposition
des ersten Ziehteils, eine Ziehteilbreite des ersten Ziehteils, eine Ziehrandlänge
des ersten Ziehteils oder ein Mittelwert aus zwei oder mehreren Ziehrandpositionen,
die an unterschiedlichen Stellen des ersten Ziehteils ermittelt werden.
[0076] Über die Ziehrandposition wird vorteilhafterweise der Platineneinzug des ersten Ziehteils
bestimmt. Als Platineneinzug wird hierbei der Abstand des Randes eines Ziehteils,
das durch Tiefziehen eines Blechzuschnitts geformt wurde, zum Rand des Blechzuschnitts
in der ursprünglichen Form, also vor dem Tiefziehen, bezeichnet.
[0077] Vorteilhafterweise wird das Ziehrandmaß des ersten Ziehteils mittels eines Lasersensors
oder eines Laserscanners ermittelt, wobei der Lasersensor oder Laserscanner auch zur
Erkennung von Rissen in dem ersten Ziehteil verwendet werden kann.
[0078] Jedoch kann das Ziehrandmaß des ersten Ziehteils ebenso mittels optischer oder taktiler
Messverfahren oder auch mittels Ultraschall-Laufzeitverfahren ermittelt werden.
[0079] Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung bereitgestellt, die dafür
eingerichtet ist, eines der oben beschriebenen Verfahren auszuführen.
[0080] Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand
der nachfolgenden Figuren beschrieben.
Figur 1 zeigt ein Schaubild eines ersten beispielhaften Tiefziehprozesses.
Figur 2 zeigt ein Schaubild eines zweiten beispielhaften Tiefziehprozesses.
Figur 3 zeigt eine beispielhafte Blechhalterdistanz an einem Ziehwerkzeug.
Figur 4 zeigt ein beispielhaftes tiefgezogenes Ziehteil und die verwendete Blechplatine
in ihrer ursprünglichen Form.
Figur 5 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens gemäß der vorliegenden
Erfindung.
[0081] Zur Verringerung des Ausschussanteils bei der Fertigung von tiefgezogenen Formteilen,
wie z.B. Karosseriebauteilen, wurde untersucht, welcher Fertigungsschritt, das Tiefziehen
oder die nachfolgenden Schneideoperationen, den stärksten Einfluss auf die Maßhaltigkeit
der fertigen Formteile hat. Hierbei hat sich eindeutig ergeben, dass die Tiefziehoperation
vorrangig die Maßhaltigkeit der fertigen Formteile bestimmt, wohingegen die nachfolgenden
Schneideoperationen die Maßhaltigkeit der Formteile nur in sehr geringem Maße beeinflussen.
Demnach ist die Tiefziehoperation von essenzieller Bedeutung bezüglich der Maßhaltigkeit
der Fertigteile und es ist somit verfahrenstechnisch sinnvoll, bereits diesen ersten
Fertigungsschritt zu überwachen, in das gewünschte Toleranzintervall bzw. Toleranzfenster
zu führen und darin zu halten.
[0082] Für die Überwachung der Maßhaltigkeit der durch das Tiefziehen geformten Teile hat
sich die Überwachung des Ziehrands, d.h. die Messung eines Ziehrandmaßes, wie z.B.
der Ziehrandlänge, als besonders vorteilhaft erwiesen. Die Größe des Ziehrandmaßes
des Ziehteils, wie z.B. die Ziehrandlänge des Ziehteils, zeigt wiederum eine starke
Abhängigkeit vom Betrag der beim Tiefziehen verwendeten Blechhalterkraft.
[0083] Ferner zeigt die Größe des Ziehrandmaßes des Ziehteils, wie z.B. die Ziehrandposition
des Ziehteils, eine starke Abhängigkeit vom Betrag der beim Tiefziehen verwendeten
Blechhalterdistanzeinstellung, die zweckmäßigerweise die beim Tiefziehen verwendeten
Einstellung der Blechhalterdistanzen darstellt.
[0084] Die folgenden Ausführungen beziehen sich auf Regelprozesse, bei denen die Blechhalterkraft
als Stellgröße des Regelprozesses verwendet wird. Jedoch sind die folgenden Ausführungen
auch in einfacher Weise auf Regelprozesse übertragbar, bei denen die Blechhalterdistanzeinstellung
als Stellgröße verwendet wird.
[0085] Figur 4 zeigt ein Beispiel eines tiefgezogenen Ziehteils mit noch vorhandenem Ziehrand
und die verwendete Blechplatine in ihrer ursprünglichen Form vor dem Tiefziehen. Der
Ziehrand soll zweckmäßigerweise an einer markanten Stelle des Ziehteils vermessen
und ein Ziehrandmaß des Ziehteils bestimmt werden, wobei das Ziehrandmaß des Ziehteils
eine Ziehrandposition des Ziehteils, eine Ziehteilbreite des Ziehteils oder eine Ziehrandlänge
des Ziehteils sein kann. Als markante Stelle kann vorteilhafterweise eine Stelle ausgewählt
werden, an welcher der Platineneinzug 40 möglichst stark ausgebildet ist und somit
auch das Ziehrandmaß, wie z.B. die Ziehrandposition, bei Änderungen der Blechhalterkraft
stark variiert. Als Platineneinzug 40 wird hierbei der Abstand des Randes der tiefgezogenen
Blechpatine zum Rand der Blechplatine in der ursprünglichen Form, also vor dem Tiefziehen,
bezeichnet (siehe Figur 4). Zugleich sollte die markante Stelle natürlich auch eine
für die Messung, insbesondere Laserscan-Messung, zugängliche Stelle sein.
[0086] Ist der Platineneinzug 40 eines bestimmten Formteils nicht bekannt, so kann zur Bestimmung
einer zur Messung geeigneten Stelle, d.h. der "markanten" Stelle, ein erstes Ziehteil
mit geringer Blechhalterkraft und ein zweites Ziehteil mit großer Blechhalterkraft
tiefgezogen und anschließend verglichen werden. Die Stellen an denen der Platineneinzug
40 besonders stark zwischen den beiden Ziehteilen variiert, sind dann die für die
Messung besonders geeigneten "markanten" Stellen.
[0087] Vorteilhafterweise wird jedem Bauteil ein idealer Platineneinzug 40 bzw. ideales
Ziehrandmaß L für die gewählte markante Stelle als Referenzwert zugeordnet und ein
einzuhaltendes Toleranzfenster oder Toleranzintervall [L-x;L+x] festgelegt, das symmetrisch
um das ideale Ziehrandmaß angeordnet ist. Referenziert wird zweckmäßigerweise an einem
"idealen" Ziehrandmaß, welches von einem Ziehteil stammt, dessen späteres Fertigteil
möglichst viele Messpunkte mittig in der Toleranz aufweist.
[0088] Bei der Fertigung des jeweiligen Bauteils wird dann das Ziehrandmaß der durch Tiefziehen
geformten Ziehteile mittels eines Regelprozesses in dem festgelegten einzuhaltenden
Toleranzintervall gehalten, das symmetrisch um das zu dem jeweiligen Bauteil gehörige
ideale Ziehrandmaß angeordnet ist. Hierbei wird die für das Tiefziehen verwendete
Blechhalterkraft als Stellgröße des Regelprozesses verwendet, während das Ziehrandmaß
des Ziehteils die Regelgröße des Regelprozesses darstellt. Um einen Referenzwert für
die gewählte markante Stelle zu erhalten, wird das Ziehrandmaß eines "idealen" Ziehteils,
das den Qualitätsanforderungen entspricht und dessen späteres Fertigteil möglichst
viele Messpunkte mittig in der Toleranz aufweist, vorteilhafterweise durch einen Laserscan
bestimmt.
[0089] Das in Figur 5 dargestellte Flussdiagramm zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
eines solchen Regelprozesses.
[0090] Für den Regelprozess ist es besonders vorteilhaft, wenn der Platineneinzug 40 bzw.
das Ziehrandmaß der tiefgezogenen Ziehteile in Echtzeit erfasst wird.
[0091] Vorteilhafterweise wird das Ziehteil nach dem Tiefziehen in der Ziehpresse während
des Transports (durch einen Roboter) von der Ziehpresse zur nachfolgenden Presse mittels
eines Laserscanners oder Lasersensors vermessen.
[0092] Um sicherzustellen, dass die Messung immer an der gleichen Stelle erfolgt, wird die
Messung des Laserscanners automatisch und damit reproduzierbar aktiviert, indem die
Messung beispielsweise mittels eines Trigger-Signals gestartet wird. Hierfür kann
vorteilhafterweise ein Trigger-Sensor, welcher nach dem Triangulations-Verfahren arbeitet,
verwendet werden. Alternativ kann die Messung auch mittels einer Abfrage einer Position
des Roboters an einer bestimmten Position des Transferweges getriggert werden.
[0093] Der Laserscanner kann an einer mobilen Vorrichtung montiert sein, so dass dieser
nicht nur für einen Standort nutzbar ist. Hierbei ist es notwendig, dass feste, vorbestimmte
Standorte für die mobile Vorrichtung vorgesehen bzw. festgelegt sind, so dass die
Messungen reproduzierbar immer am selben Ort vorgenommen werden. Dies kann beispielsweise
durch eine Verankerung für ein mobiles Stativ, an dem der Laserscanners oder Lasersensors
befestigt ist, oder auch mittels einer Markierung oder Befestigungsvorrichtung für
eine Grundplatte erreicht werden, wie sie auch für Messlehren verwendet wird und auf
welcher eine Halterung für den Laserscanner oder Lasersensor vorgesehen ist.
[0094] Für die Messung des Ziehrandmaßes ist es nicht unbedingt notwendig, dass der Laser
frontal auf das Ziehteil ausgerichtet ist. Auch wenn der Laserscanner ein verzerrtes
Bild des Ziehteils erfasst, ist dies für den korrekten Ablauf des Regelprozesses vollkommen
ausreichend, sofern der "Verzerrwinkel", also die Ausrichtung des Laserscanners, bei
den Messungen der verschiedenen Ziehteile, einschließlich des als Referenz benutzten
Ziehteils, konstant bleibt und die Variationen des Ziehrandmaßes weiterhin gut detektierbar
bleiben.
[0095] Das in Figur 5 dargestellte Flussdiagramm zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
für das erfindungsgemäße Verfahren. Zuerst wird in Schritt 510 wird überprüft, ob
der ermittelte Ziehrand zu groß ist. Wenn der Ziehrand nicht zu groß ist, wird in
Schritt 520 überprüft, ob der Ziehrand zu klein ist. Ist der Ziehrand auch nicht zu
klein, dann liegt die Größe des Ziehrands im vorgegebenen Toleranzintervall, welches
auch als Toleranzfenster bezeichnet wird, und die verwendete Blechhalterkraft kann
in Schritt 530 unverändert an die Presse für den nächsten Tiefziehprozess weitergegeben
werden.
[0096] Wenn in Schritt 510 ermittelt wird, dass der Ziehrand zu groß ist, wird in Schritt
512 der Betrag der Blechhalterkraft um einen vorbestimmten Korrekturwert verringert.
In Schritt 514 wird dann überprüft, ob die um den Korrekturwert verringerte Blechhalterkraft
im Arbeitsfenster für die Blechhalterkraft der verwendeten Presse liegt. Ist dies
der Fall, wird in Schritt 516 die um den Korrekturwert verringerte Blechhalterkraft
an die Presse weitergegeben. Andernfalls wird in Schritt 518 eine Fehlermeldung ausgegeben,
die besagt, dass die um den Korrekturwert verringerte Blechhalterkraft außerhalb des
Arbeitsfensters für die Blechhalterkraft der verwendeten Presse liegt.
[0097] Wenn in Schritt 520 ermittelt wird, dass der Ziehrand zu klein ist, wird in Schritt
522 der Betrag der Blechhalterkraft um einen vorbestimmten Korrekturwert vergrößert.
In Schritt 524 wird dann überprüft, ob die um den Korrekturwert vergrößerte Blechhalterkraft
im Arbeitsfenster für die Blechhalterkraft der verwendeten Presse liegt. Ist dies
der Fall, wird in Schritt 526 die um den Korrekturwert vergrößerte Blechhalterkraft
an die Presse weitergegeben. Andernfalls wird in Schritt 528 eine Fehlermeldung ausgegeben,
die besagt, dass die um den Korrekturwert vergrößerte Blechhalterkraft außerhalb des
Arbeitsfensters für die Blechhalterkraft der verwendeten Presse liegt.
[0098] Die Presse formt mit der übertragenen Blechhalterkraft das nächste Ziehteil, dessen
nachfolgend ermittelte Ziehrandposition dann als nächster Eingabewert für das oben
beschriebene Verfahren dient. So kann die Ziehrandposition sukzessive in das gewünschte
Toleranzfenster bzw. Toleranzintervall geführt und darin gehalten werden.
[0099] Um die Blechhalterkraft schneller in das Toleranzintervall führen zu können, werden
in einem bevorzugtem Ausführungsbeispiel zwei Zähler in das obige Flussdiagramm eingeführt,
welche angeben, wie oft die Ziehrandposition hintereinander ober- bzw. unterhalb des
Toleranzintervalls liegt bzw. gelegen hat. Der Wert des Zählers "Ziehrand zu groß"
wird um 1 erhöht und der Wert des Zählers "Ziehrand zu klein" auf Null gesetzt, wenn
in Schritt 510 ermittelt wird, dass der Ziehrand zu groß ist, wohingegen der Wert
des Zählers "Ziehrand zu klein" um 1 erhöht und der Wert des Zählers "Ziehrand zu
groß" auf Null gesetzt wird, wenn in Schritt 520 ermittelt wird, dass der Ziehrand
zu klein ist.
[0100] Dieser Wert des entsprechenden Zählers wird dann als Faktor vor den vorbestimmten
Korrekturwert für die Blechhalterkraft gesetzt, sodass die Regelung der Ziehrandposition
über die Blechhalterkraft die Ziehrandposition schneller in das Toleranzintervall
führen kann.
[0101] Um die Blechhalterkraft noch schneller in das Toleranzintervall führen zu können,
wird in einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel überprüft, ob die ermittelte
Abweichung des Ziehrandmaßes von dem vorgegebenen Toleranzintervall einen ersten Grenzwert
und/oder einen zweiten Grenzwert und/oder einen dritten Grenzwert überschreitet, wobei
der dritte Grenzwert größer als der zweite Grenzwert ist, welcher wiederum größer
als der erste Grenzwert ist. Darauf basierend wird bestimmt, dass der vorbestimmte
Korrekturwert ein erster Korrekturwert ist, wenn die ermittelte Abweichung des Ziehrandmaßes
den ersten Grenzwert nicht überschreitet, der Korrekturwert ein zweiter Korrekturwert
ist, der größer als der erste Korrekturwert ist, wenn die ermittelte Abweichung des
Ziehrandmaßes den ersten Grenzwert überschreitet, der Korrekturwert ein zweiter Korrekturwert
ist, der größer als der erste Korrekturwert ist, wenn die ermittelte Abweichung des
Ziehrandmaßes nur den ersten Grenzwert überschreitet, der Korrekturwert ein dritter
Korrekturwert ist, der größer als der zweite Korrekturwert ist, wenn die ermittelte
Abweichung des Ziehrandmaßes auch den zweiten Grenzwert überschreitet, und der Korrekturwert
ein vierter Korrekturwert ist, der größer als der dritte Korrekturwert ist, wenn die
ermittelte Abweichung des Ziehrandmaßes auch den dritten Grenzwert überschreitet.
[0102] Es ist natürlich auch eine andere Anzahl von verschiedenen Grenzwerten für die ermittelte
Abweichung des Ziehrandmaßes von dem vorgegebenen Toleranzintervall möglich. Die hier
beschriebenen drei verschiedenen Grenzwerte sollen lediglich als Beispiel dienen.
[0103] Um die Blechhalterkraft noch schneller in das Toleranzintervall führen zu können,
können auch in diesem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel zwei Zähler eingeführt
werden, welche angeben, wie oft die Ziehrandposition hintereinander ober- bzw. unterhalb
des Toleranzintervalls liegt. Auch hier wird der Wert des Zählers "Ziehrand zu groß"
wird um 1 erhöht und der Wert des Zählers "Ziehrand zu klein" auf Null gesetzt, wenn
ermittelt wird, dass der Ziehrand zu groß ist, wohingegen der Wert des Zählers "Ziehrand
zu klein" um 1 erhöht und der Wert des Zählers "Ziehrand zu groß" auf Null gesetzt
wird, wenn ermittelt wird, dass der Ziehrand zu klein ist.
[0104] Der Wert des entsprechenden Zählers wird dann als Faktor vor den vorbestimmten Korrekturwert,
also den ersten, zweiten, dritten oder vierten Korrekturwert, für die Blechhalterkraft
gesetzt, sodass die Regelung der Ziehrandposition über die Blechhalterkraft die Ziehrandposition
noch schneller in das Toleranzintervall führen kann.
[0105] Dadurch lassen sich beispielsweise Kraftträgheiten in Form von ansteigenden Offsetbeträgen
bei der Blechhalterkraft, wie sie bei einer Presse häufiger vorkommen können, schnell
durchfahren.
[0106] Des Weiteren können mit dem gerade beschriebenen Regelprozess Änderungen dynamischer
Störgrößen, wie z.B. die Werkzeugtemperatur, die sich insbesondere in der Phase des
Produktionsanlaufs stark verändert, zügig durch die oben beschriebene Anpassung der
Blechhalterkraft ausgeglichen werden, ohne dass der Einfluss dieser Störgrößen genauer
analysiert werden muss.
[0107] In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird an Stelle von einem oder mehreren festen
Korrekturwert(en) der Korrekturwert mit Hilfe einer Korrelationsfunktion, insbesondere
einer Korrelationsgeraden, bestimmt.
[0108] Um eine Korrelationsgerade für ein bestimmtes Ziehstück (Bauteil) zu bestimmen, sind
im einfachsten Fall mindestens zwei Punkte bzw. Wertepaare (Blechhalterkraft/Ziehrandmaß)
zu ermitteln, durch welche die Korrelationsgerade gelegt werden kann.
[0109] Hierfür wird beispielsweise ein erstes Ziehteil mit einer möglichst geringen Blechhalterkraft
tiefgezogen und die markante Stelle durch den Laserscan gemessen. Ein zweites Ziehteil
wird mit einer möglichst großen Blechhalterkraft tiefgezogen und ebenfalls vermessen.
Auf Grundlage der beiden so ermittelten Punkte bzw. Wertepaare kann dann die Gleichung
für die Korrelationsgerade aufgestellt werden.
[0110] Zu dem vorgegebenen Referenzwert des Ziehrandmaßes für das entsprechende Bauteil
kann dann mit Hilfe der ermittelten Korrelationsfunktion, also der Geradengleichung,
die zugehörige benötigte Blechhalterkraft berechnet werden. Ein drittes Ziehteil kann
daraufhin mit der berechneten Blechhalterkraft tiefgezogen werden, das Ziehrandmaß
des dritten Ziehteils durch den Laserscan ermittelt werden und es kann daraufhin überprüft
werden, ob das ermittelte Ziehrandmaß innerhalb des für das entsprechende Bauteil
vorab festgelegten Toleranzintervalls liegt.
[0111] Ferner kann das zu dem dritten Ziehteil gehörige Wertepaar für ein Anpassen der Gleichung
bzw. der Steigung der Korrelationsgerade herangezogen werden, wobei die Korrelationsgerade
zweckmäßigerweise über die Methode der kleinsten Fehlerquadrate bestimmt werden kann.
[0112] Liegt das Ziehrandmaß des dritten Ziehteils nicht innerhalb des Toleranzintervalls,
kann mit Hilfe der angepassten Geradengleichung ein Korrekturwert für die Blechhalterkraft
für das vierte Ziehteil berechnet werden.
[0113] Durch die Messung des Ziehradmaßes von jedem weiteren tiefgezogenen Ziehteil kann
die Steigung der Korrelationsgeraden kontinuierlich angepasst werden und, wenn nötig,
auch ein Korrekturwert für die Blechhalterkraft für das nächste Ziehteil bestimmt
werden.
[0114] Bei der Berechnung und Anpassung der Korrelationsgeraden ist es wichtig, den Einfluss
dynamischer Störgrößen, wie Pressenstillstände und Werkzeugtemperatur, zu beachten.
[0115] So ist es in der Phase des Produktionsanlaufs äußerst schwierig, eine Korrelation
zwischen Ziehrandmaß und Blechhalterkraft zu bestimmen, da sich andere Parameter,
die in diesem Zusammenhang als Störgrößen bezeichnet werden, schnell verändern. Ein
wichtiges Beispiel hierfür ist die bereits genannte Werkzeugtemperatur in der Presse,
die während des Produktionsanlaufs in kurzer Zeit stark ansteigt. So ist beispielsweise
die Bestimmung bzw. Anpassung der Steigung einer Korrelationsgeraden mittels der Methode
der kleinsten Fehlerquadrate in dieser Phase mit einem großen Fehler behaftet. Denn
die dieser Methode zugrundeliegenden Annahme, dass die Änderung des Ziehrandmaßes
(zumindest annähernd) proportional zur Änderung der Blechhalterkraft sei, ist in dieser
Phase nicht mehr korrekt, da die sich stark verändernde Störgröße Temperatur wesentlichen
Einfluss auf das Ziehrandmaß hat.
[0116] Hingegen ist während der laufenden Serienproduktion von Blechformteilen die Bestimmung
bzw. Anpassung der Steigung einer Korrelationsgeraden mittels der Methode der kleinsten
Fehlerquadrate nicht mehr so stark fehlerbehaftet wie in der Phase des Produktionsanlaufs.
[0117] Während der laufenden Serienproduktion von Blechformteilen ändert sich beispielsweise
die Werkzeugtemperatur nicht mehr wesentlich, so dass die Annahme, die Änderung des
Ziehrandmaßes sei zumindest annähernd proportional zur Änderung der Blechhalterkraft,
in dieser Phase wieder eher als gerechtfertigt anzusehen ist.
[0118] Steht jedoch die Ziehpresse auch nur für eine für kurze Zeit still, wird bei Wiederanlauf
der Produktion die ermittelte bzw. angepasste Steigung der Korrelationsgeraden markant
von den obengenannten dynamischen Störgrößen beeinflusst. Die während des (erneuten)
Produktionsanlaufs ermittelte Korrelationsgerade sollte somit nicht zur Ermittlung
des Korrekturwerts für die Blechhalterkraft während der laufenden Serienproduktion
von Blechformteilen herangezogen werden.
[0119] Es ist hervorzuheben, dass das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhafterweise in einer
bereits bestehenden Pressenstraße implementiert werden kann. Die zusätzlich bereitgestellte
Sensorik kommuniziert mit der Pressensteuerung, um ein Ziehrandmaß vorzugsweise an
einer markanten Stelle in einem vorher festgelegten Toleranzfenster bzw. Toleranzintervall
zu halten. Referenziert wird zweckmäßigerweise an einem Ziehrandmaß, welches von einem
Ziehteil stammt, dessen späteres Fertigteil möglichst viele Messpunkte mittig in der
Toleranz aufweist. Der Grad der Über- bzw. Unterschreitung der tolerierten Ziehranddifferenz
der Ziehteile bezüglich dieses Referenzwertes bestimmt die Änderung der Blechhalterkraft
in der Pressensteuerung. Somit kann eine bessere Störgrößenunabhängigkeit erreicht
und die Anpassung der Blechhalterkraft automatisiert werden. Denn in der Pressenstraße
kann jedes Ziehteil überprüft und gegebenenfalls ein Korrekturwert für die Blechhalterkraft,
die für das nächste Ziehteil angewendet wird, errechnet werden, ohne dabei die Zahl
der in der Pressenstraße in einem bestimmten Zeitraum gefertigten Bauteile zu reduzieren.
[0120] Wenn für das Ermitteln des Ziehrandmaßes der tiefgezogenen Ziehteile ein Lasersensor
oder Laserscanner verwendet wird, so kann dieser vorteilhafterweise auch zur Erkennung
von Rissen in den untersuchten Ziehteilen verwendet werden, wobei ein möglichst frontaler
"Blickwinkel" auf die Rissstelle besonders vorteilhaft ist.