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WO2008138152A1 - Umformverfahren - Google Patents

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Info

Publication number
WO2008138152A1
WO2008138152A1 PCT/CH2008/000189 CH2008000189W WO2008138152A1 WO 2008138152 A1 WO2008138152 A1 WO 2008138152A1 CH 2008000189 W CH2008000189 W CH 2008000189W WO 2008138152 A1 WO2008138152 A1 WO 2008138152A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
offset
height
sheet
forming process
contour
Prior art date
Application number
PCT/CH2008/000189
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Rudolf Lüthi
Andreas Delis
Hans Jöhr
Original Assignee
Adval Tech Holding Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Adval Tech Holding Ag filed Critical Adval Tech Holding Ag
Priority to EP08733815A priority Critical patent/EP2142320B1/de
Priority to AT08733815T priority patent/ATE544538T1/de
Publication of WO2008138152A1 publication Critical patent/WO2008138152A1/de

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D22/00—Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
    • B21D22/02—Stamping using rigid devices or tools
    • B21D22/04—Stamping using rigid devices or tools for dimpling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D28/00—Shaping by press-cutting; Perforating
    • B21D28/02—Punching blanks or articles with or without obtaining scrap; Notching
    • B21D28/10—Incompletely punching in such a manner that the parts are still coherent with the work

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a dislocation in a sheet in a forming process. This involves a method in which a sheet is formed in at least one step between a die with a recess having a predetermined contour and a punch with a substantially given by the same contour edge shape in the contours substantially congruent leading together manner. Furthermore, the present invention relates to an offset, as can be prepared by such a method or is prepared.
  • the feeder points over the entire circumference of the contour substantially the same geometry.
  • this indentation can be eliminated or minimized by bulk forming.
  • the geometry part (for example, a sharp tooth) can not be filled at all.
  • the invention is therefore inter alia based on the object of providing an improved forming process for producing dislocations.
  • the penetration depth of the punch is set in the sheet in a first direction in said first forming process such that in the decisive edge zones of the displacement (where said indentations usually occur most strongly), a first height Hl is achieved which substantially Target height of the displacement corresponds, while the raised surface of the remaining displacement can reach a greater height H.
  • a first height Hl is achieved which substantially Target height of the displacement corresponds, while the raised surface of the remaining displacement can reach a greater height H.
  • the somewhat too large displacement in the regions which are different from the edge zones is now, as it were, undone.
  • the first forming process downstream forming process the displacement with a reset punch, which covers at least the said contour, in a first direction opposite to the second direction is returned such that substantially the entire raised surface of the offset is arranged at a second height H2.
  • the first height H1 is substantially the same as the second height H2, and thus corresponds substantially to the target height of the offset.
  • At least one of the decisive edge zones of the offset is accordingly an area in which the contour has a corner with an angle of ⁇ 120 °, preferably of ⁇ 90 °.
  • Particularly critical is the creation of contours with tooth shape.
  • at least one of the decisive edge zones of the offset is at least one tooth form with an angle in the range of 20-70 °, preferably in the range of 30-60 °, particularly preferably in the range of 45 °.
  • a further preferred embodiment of the invention is characterized in that in the first forming process, the die is arranged on a second side of the sheet and substantially adjacent thereto and the punch from a second side of the sheet on this and this in the formation of the offset on the second side is guided, and that in the further forming process on the first side a flat, at least the contour on all sides substantially superior covering flat support is arranged and the reset punch is supplied from the second side of the sheet on the displacement of these transforming.
  • the reset punch has substantially the same contour as the offset and is guided substantially congruent thereto. But it is also possible that the reset punch is designed to be much larger and dominates the contour in all directions. Typically, the reset punch is then a flat support.
  • This limitation or control form can to a certain extent be a reset die, which has a recess in which the reset punch is guided and whose contour corresponds to the contour of the offset.
  • This reset die is then arranged in the further forming process, the displacement enclosing in contact with the surface of the sheet and the reset punch moves in the recess of the reset die the further forming process.
  • This reset die can be the die used in the first forming process.
  • This first die then has the said recess with the contour defining the offset, and in this recess the reset punch is guided.
  • the reset punch is pushed out of the sheet metal away from this recess so far that essentially no contact can take place between the reset punch and the offset in the first forming process.
  • the die is then left in place, the punch from the first forming process replaced by a flat support, and the reset punch in the recess of the die for the second forming process led to the offset.
  • critical tip areas can be "filled” even better by the second forming process.
  • the stamp is preferably introduced in the first forming process with a penetration depth into the sheet, which is greater than the target height of the offset.
  • the penetration depth is preferably set in a range of 110-400%, more preferably 150-300%, particularly preferably 180-220%.
  • the punch in the first forming process in the particular preferred range (180 - 220%) is performed between 0.9 - 1.1 mm deep in the sheet.
  • the proposed method surprisingly allows the contour to have different regions with different and in particular partially low radii of curvature.
  • the penetration depth of the punch is preferably adjusted so that the first height Hl at the acute-angled point (lowest radius of curvature) of the contour is ensured.
  • a sheet which can be subjected to such a process has a thickness in the range of 0.2 - 20 mm, preferably in the range of
  • the offset can generally have a target height or a first height H 1 or a second height H 2 in the range from 0.1 to 10 mm, respectively, preferably in the range from 0.2 to 3 mm, or in particular preferably in the range from 0.5 to 2 mm.
  • the first height is 1.5mm, and this first height is then reduced to about half in the second forming process, that is, about 0.7mm.
  • the present invention relates to an offset preparable or produced by a method as described above.
  • the present invention further relates to a sheet having at least one offset with a row of teeth on at least one side (it is also possible to arrange two such displacements with teeth facing each other), this row of teeth a variety of linear or curved, elliptical or in a circle (to some extent gear) arranged side by side teeth with angles in the region of the tip of ⁇ 90 °, preferably in the range of 45 °.
  • Such linear or curved rows of teeth can to a certain extent be used as toothed racks for elements to be adjusted relative to one another (for example furniture parts etc., relative adjustment in height or in angle), if, for example, a corresponding stamped sheet metal with teeth on the outer edge or edges another sheet with a corresponding displacement is carried out with teeth.
  • a sheet of a thickness in the range of 2-4 mm proves to be advantageous in combination with a final height of the offset in the range of 0.5-1.5 mm. This, for example, for normal loads, such as those exercised by the human or man-operated furnishings, for example, on furniture.
  • FIG. 1 shows a section through a currently undergoing a forming process sheet
  • FIG. 2 shows a plan view of a matrix with different contour line areas
  • FIG. 3 shows detailed sections through the regions A-D indicated in FIG. 2 in a direction parallel to the movement of the forming tool; and
  • FIG. 4 shows the tool guide in a downstream forming step for producing the final shape.
  • FIG. 1 shows a section which is guided along a line AD in a contour according to FIG. 2 (compare discussion below), that is to say in which a rounded region A is cut on the left side and on the right Side by a pointed tooth area D. Accordingly, on the left side of the formation of the feeder is much less pronounced than on the right side.
  • a sheet 2 is arranged flush with the die 1 arranged on a second side 10 of the sheet and subsequently from a second side 9 of the sheet, the punch 3 in a direction as indicated by the arrow Rl, fed to the recess of the die 1.
  • the leadership of die 1 and 3 stamp is analogous, as if a hole with this contour should be made in the sheet, the punch 3 is simply not quite as deep in the sheet 2 (penetration depth of the punch 3 less than sheet thickness).
  • such a sheet is, for example, a steel sheet having a thickness in the range of 2 to 5 mm.
  • the recess formed in the die 1 has a contour which is identical to the outer contour of the stamp 3.
  • the height H of the offset achieved after the forming operation is not homogeneous over the entire areal extent of the offset.
  • Fig. 1 the resulting height differences are shown somewhat exaggerated.
  • Figure 2 shows a plan view of an exemplary contour, which is to be produced as an offset in such a forming process.
  • the contour 4 has areas with different edge shapes, so over a circular area, which is denoted by A, over a straight area, which is denoted by B, via a corner
  • the different characteristics of the resulting indents will be illustrated with reference to FIG.
  • the lowest indentations are normally generated in the straight areas as represented by B.
  • the present height X of the feeder is small, and the raised surface 8 of the offset 7 is slightly sloping over a substantial range at the desired height and only in a small edge region, and also there only over a small height X.
  • the height of the indent X becomes somewhat larger during the forming process, while the extent of the indentation in the plane of the sheet still moves in reasonable ranges and is substantially the same as in the straight portions B.
  • a first step is essentially carried out as shown in FIG. 1, but the height H is to some extent carried out excessively, whereby it is taken into account that in the critical edge zones in this first forming process a height H1 is to be achieved, that of the final one desired level of the total displacement, while in all other areas initially a much too high height H of the transfer is accepted.
  • the offset is then pressed back to the required height. Since the material in the tip section can not be readily reset by the greater resistance to deformation and, moreover, there is no contact with the return punch 5 in the pull-in section, the tip section remains at the offset height of the first operation.
  • contour corresponds to the desired geometry
  • contour corresponds to the desired geometry 4 contour of the desired geometry

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Shaping Metal By Deep-Drawing, Or The Like (AREA)
  • Forging (AREA)

Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren zur Herstellung einer Versetzung (7) in einem Blech (2) in einem Umformprozess, wobei das Blech (2) in wenigstens einem Schritt zwischen einer Matrize (1) mit einer Ausnehmung mit einer vorgegebenen Kontur (4) und einem Stempel (3) mit einer im wesentlichen durch die gleiche Kontur (4) gegebenen Randform in die Konturen (4) im wesentlichen deckungsgleich aufeinander führender Weise umgeformt wird. Das Verfahren ist zunächst dadurch gekennzeichnet, dass die Eindringtiefe des Stempels (3) in das Blech (2) in einer ersten Richtung (R1) im genannten ersten Umformprozess derart eingestellt wird, dass in den entscheidenden Randzonen der Versetzung (7) eine erste Höhe (H1) erreicht wird, welche im wesentlichen der Zielhöhe der Versetzung (7) entspricht, während die erhabene Oberfläche (8) der restlichen Versetzung (7) eine grossere Höhe (H) erreicht. Des weiteren ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass in einem weiteren Umformprozess die Versetzung (7) mit einem Rücksetzstempel (5), welcher wenigstens die genannte Kontur (4) abdeckt, in einer der ersten Richtung (R1) entgegen gesetzten zweiten Richtung (R2) derart zurückgeführt wird, dass im wesentlichen die gesamte erhabene Oberfläche (8) der Versetzung (7) auf einer zweiten Höhe (H2) angeordnet ist.

Description

BESCHREIBUNG
TITEL Umformverfahren
TECHNISCHES GEBIET Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Versetzung in einem Blech in einem Umformprozess. Dabei geht es um ein Verfahren, bei welchem ein Blech in wenigstens einem Schritt zwischen einer Matrize mit einer Ausnehmung mit einer vorgegebenen Kontur und einem Stempel mit einer im wesentlichen durch die gleiche Kontur gegebenen Randform in die Konturen im wesentlichen deckungsgleich aufeinander führender Weise umgeformt wird. Des weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine Versetzung, wie sie durch ein solches Verfahren hergestellt werden kann respektive hergestellt ist.
STAND DER TECHNIK Müssen in einem Blech durch spanlose Umformtechnologie Versetzungen mit einer bestimmten Geometrie hergestellt werden, ist ausschlaggebend, was für Materialeigenschaften der Werkstoff aufweist (weiches Blech/hartes Blech etc.), wie dick das Blech ist, wie hoch die Versetzung sein muss und welche Konturgeometrie die Versetzung aufweisen muss. Bei der Herstellung der Versetzung mit Hilfe eines Stempels und einer Matrize entsteht in der Randzone ein sogenannter Einzug (ähnlich dem Stanzeinzug beim Schneiden).
Wird zum Beispiel eine rotationssymmetrische Versetzung hergestellt, weist der Einzug über den gesamten Umfang der Kontur im wesentlichen die gleiche Geometrie auf.
Bei unterschiedlichen Konturen der herzustellenden Versetzung werden dabei unterschiedliche Einzüge erzeugt, was häufig zu Problemen führt, da gerade der der häufig für die endgültige Funktion entscheidende Randbereich der Versetzung diesen Einzügen ausgesetzt ist.
Sofern nun ein solcher Einzug von den Bauteileanforderungen her nicht zulässig ist, kann dieser Einzug durch Massivumformung eliminiert oder minimiert werden.
Bei einer Massivumformung wird der Werkstoff in einem Gesenk soweit plastifiziert, bis das Gesenk vollständig oder partiell gefüllt ist. Bei der Massivumformung entstehen in den Gesenken aber derart hohe Kräfte, dass die Gefahr eines Werkzeugbruches oder vorzeitigen Verschleisses besteht.
Es kann auch sein, dass die Geometriepartie (zum Beispiel ein spitzer Zahn) gar nicht gefüllt werden kann.
Versuche und FEM Simulationen haben gezeigt, dass z.B. eine Zahnform von ca. 45° nur mit extrem hohen Presskräften annähernd gefüllt werden kann.
Diese Presskräfte führen im Seriebetrieb aber mit grosser Wahrscheinlichkeit zu Werkzeugschäden.
Zusätzlich entstehen im Werkstoff noch Querverschiebungen, welche die umliegenden Geometriezonen verändern. Wie hoch die Presskräfte sind und wie weit eine Versetzung herstellbar ist, hängt primär von der Materialdicke im Verhältnis zur Geometrie und der Versatzhöhe ab.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Der Erfindung liegt demnach unter anderem die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Umformverfahren zur Herstellung von Versetzungen zur Verfügung zu stellen.
Es geht dabei insbesondere um die Verbesserung eines Verfahrens zur Herstellung einer Versetzung in einem Blech in einem Umformprozess, wobei das Blech in wenigstens einem Schritt zwischen einer Matrize mit einer Ausnehmung mit einer vorgegebenen Kontur und einem Stempel mit normalerweise einer im wesentlichen durch die gleiche Kontur gegebenen Randform in die Konturen im wesentlichen deckungsgleich aufeinander führender Weise umgeformt wird. Eine unerwartet effiziente Kontrolle der Randbereiche der Versetzung, insbesondere eine Verhinderung von Einzügen wird erfindungsgemäss dadurch ermöglicht, indem in diesem ersten Umformprozess der Stempel eigentlich zu weit in das Blech hineingeführt wird, wenn man die gesamte erhabene Oberfläche der Versetzung betrachtet. Der Stempel wird dabei aber so weit in das Blech hineingeführt, dass gerade in den kritischen Randzonen die dabei gebildeten Einzüge eine Höhe über dem Blech aufweisen, welche der endgültigen und eigentlich gewünschten Höhe der Versetzung entsprechen. Mit anderen Worten wird die Eindringtiefe des Stempels in das Blech in einer ersten Richtung im genannten ersten Umformprozess derart eingestellt, dass in den entscheidenden Randzonen der Versetzung (wo die genannten Einzüge i.d.R. am stärksten auftreten) eine erste Höhe Hl erreicht wird, welche im wesentlichen der Zielhöhe der Versetzung entspricht, während die erhabene Oberfläche der restlichen Versetzung eine grossere Höhe H erreichen kann. In einem anschliessenden Umformprozess wird nun gewissermassen die gewissermassen zu grosse Versetzung in den von den Randzonen verschiedenen Bereichen wieder rückgängig gemacht. Dies wird dadurch erreicht, dass in einem weiteren, dem ersten Umformprozess nachgeschalteten Umformprozess die Versetzung mit einem Rücksetzstempel, welcher wenigstens die genannte Kontur abdeckt, in einer der ersten Richtung entgegen gesetzten zweiten Richtung derart zurückgeführt wird, dass im wesentlichen die gesamte erhabene Oberfläche der Versetzung auf einer zweiten Höhe H2 angeordnet ist. Gemäss einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist dabei die erste Höhe Hl im wesentlichen gleich wie die zweite Höhe H2, und entspricht damit im wesentlichen der Zielhöhe der Versetzung.
Besonders problematisch sind die genannten Einzüge in jenen Bereichen, wo die Kontur über eine kurze Kantenlänge einen starken Richtungswechsel vollzieht (niedrige Krümmungsradien). Genau in diesen Bereichen sind normalerweise die Einzüge und die dadurch vorhandenen Verzerrungen in den Randbereichen am stärksten. Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung handelt es sich entsprechend bei wenigstens einer der entscheidenden Randzonen der Versetzung um einen Bereich, bei welchem die Kontur eine Ecke mit einem Winkel von < 120°, bevorzugt von < 90° aufweist. Besonders kritisch ist die Erstellung von Konturen mit Zahnform. Entsprechend handelt es sich gemäss einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform bei wenigstens einer der entscheidenden Randzonen der Versetzung um wenigstens eine Zahnform mit einem Winkel im Bereich von 20-70°, bevorzugt im Bereich von 30-60°, insbesondere bevorzugt im Bereich von 45°. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Umformprozess die Matrize auf einer zweiten Seite des Blechs und im wesentlichen an diesem anliegend angeordnet ist und der Stempel von einer zweiten Seite des Blechs auf dieses und in dieses unter Ausbildung der Versetzung auf der zweiten Seite hineingeführt wird, und dass im weiteren Umformprozess auf der ersten Seite eine flache, wenigstens die Kontur allseitig wesentlich überragend abdeckende flache Abstützung angeordnet ist und der Rücksetzstempel von der zweiten Seite des Blechs auf die Versetzung diese umformend zugeführt wird.
Typischerweise verfügt der Rücksetzstempel über im wesentlichen die gleiche Kontur wie die Versetzung und wird im wesentlichen deckungsgleich zu dieser geführt. Es ist aber auch möglich, dass der Rücksetzstempel wesentlich grösser ausgebildet ist und die Kontur in alle Richtungen überragt. Typischerweise handelt es sich dann beim Rücksetzstempel um eine flache Abstützung.
Um eine optimale Formgebung im Randbereich der Versetzung gewährleisten zu können, kann es sich als vorteilhaft erweisen, im weiteren Umformprozess gewissermassen die Formgebung im Randbereich der Versetzung durch eine Begrenzung zu definieren. Bei dieser Begrenzung oder Kontrollform kann es sich gewissermassen um eine Rücksetzmatrize handeln, welche über eine Ausnehmung verfügt, in welcher der Rücksetzstempel geführt ist und deren Kontur der Kontur der Versetzung entspricht. Diese Rücksetzmatrize wird dann im weiteren Umformprozess die Versetzung umschliessend in Kontakt mit der Oberfläche des Blechs angeordnet und der Rücksetzstempel fahrt in der Ausnehmung der Rücksetzmatrize den weiteren Umformprozess .
Dies führt dazu, dass anschliessend insbesondere in den kritischen Randbereichen mit grossen Einzügen nach dem ersten Umformprozess das im weiteren Umformprozess verschobene Material durch die Rücksetzmatrize in die definierte Form geführt wird.
Mit anderen Worten ist es gemäss einer weiteren Ausführungsform bevorzugt, wenn der Rücksetzstempel im weiteren Umformprozess zusammen mit einer bezüglich des Rücksetzstempels verschieblich gelagerten und während des weiteren Umformprozesses in Kontakt mit der zweiten Seite des Blechs befindlichen, bezüglich des Blechs im wesentlichen nicht bewegten, und die Kontur der Versetzung im wesentlichen umschliessenden Rücksetzmatrize eingesetzt wird.
Bei dieser Rücksetzmatrize kann es sich um die im ersten Umformprozess eingesetzte Matrize handeln. Diese erste Matrize verfügt dann mit der genannten Ausnehmung mit der die Versetzung definierenden Kontur, und in dieser Ausnehmung ist der Rücksetzstempel geführt. Der Rücksetzstempel wird im ersten Umformprozess so weit aus dieser Ausnehmung vom Blech weg heraus geschoben, dass im ersten Umformprozess im wesentlichen kein Kontakt zwischen dem Rücksetzstempel und der Versetzung stattfinden kann. Nach dem ersten Umformprozess wird anschliessend die Matrize an ihrem Ort gelassen, der Stempel aus dem ersten Umformprozess durch eine flache Abstützung ersetzt, und der Rücksetzstempel in der Ausnehmung der Matrize für den zweiten Umformprozess auf die Versetzung geführt. So können kritische Spitzenbereiche noch optimaler durch den zweiten Umformprozess "gefüllt" werden.
Normalerweise wird also bevorzugtermassen der Stempel im ersten Umformprozess mit einer Eindringtiefe in das Blech eingeführt, welche grösser ist als die Zielhöhe der Versetzung. Bevorzugtermassen ist dabei die Eindringtiefe bezogen auf die Dicke des Blechs (Blechdicke = 100%) in einem Bereich von 20 - 70 % liegt (darüber besteht i.d.R. das Risiko des Durchstanzens). Bezogen auf die Zielhöhe der Versetzung (Zielhöhe der Versetzung über der Blechebene = 100%) wird die Eindringtiefe bevorzugt in einem Bereich von 110 - 400%, besonders bevorzugt 150 - 300%, insbesondere bevorzugt 180 - 220% eingestellt. Für eine Zielhöhe der Versetzung von 0.5 mm über der Blechebene wird also zum Beispiel der Stempel im ersten Umformprozess im insbesondere bevorzugten Bereich (180 - 220%) zwischen 0.9 - 1.1 mm tief in das Blech geführt.
Bevorzugtermassen erlaubt das vorgeschlagene Verfahren überraschenderweise, dass die Kontur unterschiedliche Bereiche mit unterschiedlichen und insbesondere teilweise niedrigen Krümmungsradien aufweist. Dabei wird bevorzugtermassen die Eindringtiefe des Stempels so eingestellt, dass die erste Höhe Hl an der spitzwinkligsten Stelle (geringster Krümmungsradius) der Kontur gewährleistet ist.
Typischerweise verfügt ein Blech, welches einem derartigen Verfahren unterzogen werden kann, über eine Dicke im Bereich von 0.2 - 20 mm, bevorzugt im Bereich von
0.5 - 5 mm, insbesondere bevorzugt im Bereich von 1 - 4 mm. Die Versetzung kann generell eine Zielhöhe respektive eine erste Höhe Hl respektive eine zweite Höhe H2 im Bereich von 0.1 - 10 mm, respektive bevorzugt im Bereich von 0.2 - 3 mm, respektive insbesondere bevorzugt im Bereich von 0.5 - 2 mm aufweisen. Typischerweise ist bei einem Blech der Dicke von 2-4 mm die erste Höhe 1.5mm, und diese erste Höhe wird anschliessend im zweiten Umformprozess auf ungefähr die Hälfte reduziert, das heisst auf circa 0.7mm.
Des weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine Versetzung herstellbar respektive hergestellt nach einem Verfahren, wie es oben beschrieben wurde. Beispielsweise betrifft die vorliegende Erfindung zudem ein Blech, welches auf wenigstens einer Seite wenigstens eine Versetzung mit einer Zahnreihe aufweist (es ist auch möglich, zwei derartige Versetzungen gegenüber anzuordnen mit Zähnen, die auf einander zugewandt sind), wobei diese Zahnreihe eine Vielzahl von linear oder gekrümmt, elliptisch oder in einem Kreis (gewissermassen Zahnrad) nebeneinander angeordneten Zähnen mit Winkeln im Bereich der Spitze von < 90°, bevorzugt im Bereich von 45° aufweist. Solche lineare oder gekrümmte Zahnreihen können gewissermassen als Zahnstangen für relativ zueinander zu verstellende Elemente (beispielsweise Möbelteile etc., relative Verstellung in der Höhe oder im Winkel) eingesetzt werden, wenn als Gegenstück beispielsweise ein korrespondierendes gestanztes Blech mit Zähnen an der/den Aussenkanten oder ein weiteres Blech mit einer entsprechenden Versetzung mit Zähnen geführt wird. Im Zusammenhang mit derartigen Vorrichtungen erweist sich beispielsweise ein Blech einer Dicke im Bereich von 2-4 mm als vorteilhaft in Kombination mit einer endgültigen Höhe der Versetzung im Bereich von 0.5-1.5 mm. Dies beispielsweise für übliche Belastungen, wie sie durch den Mensch oder vom Mensch betätigte Einrichtungsgegenstände beispielsweise an Möbeln ausgeübt werden.
KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 einen Schnitt durch ein gerade einem Umformprozess unterzogenes Blech; Fig. 2 eine Aufsicht auf eine Matrize mit unterschiedlichen Konturlinienbereichen;
Fig. 3 Detailschnitte durch die in Figur 2 angegebenen Bereiche A-D in einer Richtung parallel zur Bewegung des Umformwerkzeuges; und Fig. 4 die Werkzeugführung bei einem nachgeschalteten Umformschritt zur Herstellung der endgültigen Form.
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Wie einleitend bemerkt, stellen also die sogenannten Einzüge in den Randzonen bei der Herstellung von Versetzungen unter Verwendung von Umformtechnologie gravierende Probleme dar.
Wird bspw. eine rechteckige Versetzung hergestellt, ist der Einzug in den Ecken gegenüber der geraden Partie wesentlich ausgeprägter, weil die Widerstandskraft zur Herstellung der Versetzung im Material in den Ecken grösser ist als an den geraden Partien. Wird zum Beispiel nun eine Versetzung mit einer Konturgeometrie hergestellt, bei der einzelne Geometrieelemente einen kleineren Winkel als 90° (zum Beispiel eine Zahnform mit einem Winkel von ca. 45°) aufweisen, wird der Einzug noch einmal grösser. Dies ist beispielhaft in einer Schnittdarstellung senkrecht zur Ebene eines Bleches 2 in Figur 1 dargestellt. Hier wird ersichtlich, wie ein Blech 2, welches zwischen einer Matrize 1 und einem Stempel 3 einem Umformprozess unterzogen wird, um eine Versetzung 7 in diesem Blech 2 herzustellen, in den Randbereichen der Versetzung unterschiedliche Formen ausbildet, je nach dem, wie die Kontur von Matrize 1 resp. Stempel 3 ausgebildet ist.
Die Darstellung der Fig. 1 zeigt dabei einen Schnitt, welcher bei einer Kontur gemäss Figur 2 (vergleiche Diskussion weiter unten) entlang einer Linie A-D geführt ist, das heisst bei welchem auf der linken Seite durch einen abgerundeten Bereich A geschnitten wird und auf der rechten Seite durch einen spitzen Zahnbereich D. Entsprechend ist auf der linken Seite die Ausbildung des Einzugs wesentlich weniger ausgeprägt als auf der rechten Seite.
Generell wird bei einem solchen Verfahren grundsätzlich ein Blech 2 flächenbündig mit der Matrize 1 auf einer zweiten Seite 10 des Blechs angeordnet zugeführt und anschliessend wird von einer zweiten Seite 9 des Blechs der Stempel 3 in einer Richtung, wie sie mit dem Pfeil Rl angegeben ist, auf die Ausnehmung der Matrize 1 zugeführt. Die Führung von Matrize 1 und Stempel 3 ist dabei analog, wie wenn ein Loch mit dieser Kontur im Blech hergestellt werden sollte, der Stempel 3 wird einfach nicht ganz so tief in das Blech 2 geführt (Eindringtiefe des Stempels 3 geringer als Blechdicke). Generell handelt es sich beim solchen Blech beispielsweise um ein Stahlblech, die es mit einer Dicke im Bereich von 2 bis 5 mm.
Typischerweise weist dabei die in der Matrize 1 ausgebildete Ausnehmung eine Kontur auf, welche identisch ist zur Aussenkontur des Stempels 3. Die dabei erreichte Höhe H der Versetzung nach der Umformoperation ist nicht homogen über die gesamte flächige Ausdehnung der Versetzung. In Fig. 1 sind die entstehenden Höhenunterschiede etwas übertrieben dargestellt. So gibt es eine erhabene Oberfläche 8, welche nur in den mittleren zentralen Bereichen die gewünschte Höhe H aufweist, und in den Randbereichen bilden sich Krümmungen oder Abschrägungen, dies sind eben die genannten Einzüge, welche je nach Form der Kontur unterschiedliche Ausprägung haben können. So bildet sich an der spitzwinkligsten Stelle, welche an der rechten Seite dargestellt ist, der grösste Einzug, und entsprechend ist im Randbereich an dieser Stelle die Höhe Hl geringer als die zentrale Höhe H.
Dies soll anhand der Figuren 2 und 3 im Detail erläutert werden.
Figur 2 zeigt eine Aufsicht auf eine beispielhafte Kontur, welche als Versatz in einem derartigen Umformprozess hergestellt werden soll. Die Kontur 4 verfügt über Bereiche mit unterschiedlichen Randformen, so über einen runden Bereich, welcher mit A bezeichnet ist, über einen geraden Bereich, welcher mit B bezeichnet ist, über eine Ecke
C, bei welcher die Aussenlinie mit einem geringen Krümmungsradius im Wesentlichen um einen rechten Winkel geführt wird und des Weiteren ist eine Zahnform dargestellt, diese ist mit D bezeichnet, und bei dieser wird die Kontur mit einem kleinen
Krümmungsradius um einen Winkel von im Bereich von weniger als oder im Bereich von 45° geführt.
Die unterschiedlichen Charakteristiken der dabei entstehenden Einzüge sollen anhand der Figur 3 dargestellt werden. Die geringsten Einzüge werden normalerweise in den geraden Bereichen, wie sie mit B dargestellt sind, erzeugt. Die hier vorhandene Höhe X des Einzuges ist gering, und die erhabene Oberfläche 8 der Versetzung 7 ist über einen wesentlichen Bereich auf der gewünschten Höhe und nur in einem geringen Randbereich leicht abfallend, und auch dort nur über eine geringe Höhe X. In den runden Bereichen A wird die Höhe des Einzuges X beim Umformprozess etwas grösser, während sich die Ausdehnung des Einzuges in der Ebene des Bleches immer noch in vernünftigen Bereichen bewegt und im Wesentlichen gleich ist wie bei den geraden Bereichen B.
Ausgeprägt werden nun die Einzüge in den Bereichen mit geringem Krümmungsradius. So bspw. im Bereich der Ecke C, hier kann erkannt werden, wie die Höhe X des Einzuges einen wesentlichen Prozentsatz der eigentlichen Höhe der Versetzung auszumachen beginnt, und sich auch wesentlich in die erhabene Oberfläche 8 der Versetzung hinein erstreckt. Die Höhe Hl ist wesentlich geringer als die Höhe H. Je spitzer der Winkel einer Konturlinie, desto höher wird die Höhe des Einzuges X und desto weiter dehnt sich dieser Einzug auch in die innenliegende erhabene Oberfläche 8 der Versetzung hinein, dies wird anhand der Situation bei D ersichtlich.
Diese ausgeprägte Bildung von Einzügen kann nun erfindungsgemäss dadurch verhindert werden, dass der Umformprozess in zwei Schritten durchgeführt wird. Ein erster Schritt wird im Wesentlichen so durchgeführt, wie dies in Figur 1 dargestellt ist, die Höhe H wird dabei aber gewissermassen übermässig ausgeführt, wobei berücksichtigt wird, dass in den kritischen Randzonen in diesem ersten Umformprozess eine Höhe Hl erreicht werden soll, welche der endgültigen gewünschten Höhe der gesamten Versetzung entspricht, während in allen anderen Bereichen zunächst eine viel zu grosse Höhe H der Versetzung in Kauf genommen wird.
Diese im Prinzip viel zu hoch ausgebildete Versetzung wird nun in einem nachgeschalteten Schritt, dem weiteren Umformprozess, wie dies in Figur 4 dargestellt ist, gewissermassen korrigiert. Unter Zuhilfenahme eines Rücksetzstempels 5 wird von der zweiten Seite 10 des Blechs die Versetzung 7 gewissermassen wieder korrigierend hinunter gedrückt. Auf der ersten Seite des Blechs 9 wird dabei eine flache Abstützung 6 angeordnet, welche den Bereich der Versetzung wesentlich in alle Richtungen überragt.
Zur Unterstützung der optimalen Konturbildung insbesondere im Bereich von spitzen Zähnen ist es möglich, in diesem weiteren Umformprozess die im ersten Umformprozess gebildete Versetzung entlang der Kontur gewissermassen mit einer Mantelfläche abzustützen oder zu begrenzen. Dies ist beispielsweise möglich, indem die im ersten Umformprozess verwendete Matrize 1 nach dem Umformprozess in der Position gelassen wird, wie sie in Figur 1 dargestellt ist, und anschliessend der Rücksetzstempel 5 durch die Ausnehmung in dieser Matrize 1 auf die Versetzung geführt wird. So kann eine derartige Spitze (z.B. Stelle D) gewissermassen im weiteren Umformprozess sehr kontrolliert noch mit Material ausgefüllt werden.
Mit anderen Worten wurde durch die Erkenntnis, dass sich der Werkstoff in spitzen Ecken durch den Umformwiderstand nur sehr schwer versetzen lässt und dadurch ein grosser Einzug entsteht, probiert, die Versetzung in einer ersten Operation höher auszubilden als notwendig ist, aber so hoch, dass in einer Spitzenpartie die Versatzhöhe circa den Forderungen entspricht.
In einem zweiten Schritt wird anschliessend die Versetzung auf die geforderte Höhe zurück gedrückt. Da sich nun der Werkstoff in der Spitzenpartie durch den grosseren Umformwiderstand nicht ohne weiteres zurücksetzen lässt und zudem in der Einzugpartie kein Kontakt mit dem Rückführungsstempel 5 besteht, bleibt die Spitzenpartie auf der Versatzhöhe der ersten Operation.
Mit diesem Verfahren reduzieren sich die Umformkräfte um ca. einen Faktor 4 oder höher.
Als mögliche Einsatzgebiete für das vorgeschlagene Herstellverfahren seien beispielhaft folgende Produkte oder Baugruppen angegeben:
- Positionierung von zwei Einzelteilen (z.B. Blechen) in Form von runden Zapfen, bei denen die Versetzung möglichst scharfkantig sein muss und die
Umformkräfte nicht zu hoch sein dürfen (Möbelbeschläge);
- gegenseitige Verzahnungen zur Verriegelung einer Sitzverstellung im Bürobereich;
- Dynamisch betriebene als Versetzung ausgebildete Zahnräder, Zahnkulissen etc. auf grosseren Blechen;
- gegenseitige Verzahnung zur Verriegelung einer Schreibtischhöhenverstellung;
- gegenseitige Verzahnung zur Verriegelung eines Regales;
- Verzahnungen für die Verriegelung von Lenksäulenverstellungen;
- Verriegelung von Verstellungen für Beleuchtungselemente, bspw. Baustellenscheinwerfer;
Verriegelung von Verzahnungen einer Höheneinstellung für Rasenmäher und ähnliche Bau- resp. Gartengeräte; Verriegelung einer Höheneinstellung für Anhängerhilfsräder; Verriegelung einer Einstellung für Hobelmaschinen.
BEZUGSZEICHENLISTE
1 Matrize, Kontur entspricht der gewünschten Geometrie
2 umzuformendes, das heisst zu versetzendes, Blech
3 Stempel, Kontur entspricht der gewünschten Geometrie 4 Kontur der gewünschten Geometrie
5 Rücksetzstempel, Kontur entspricht der gewünschten Geometrie
6 flache Abstützung
7 Versetzung
8 erhabene Oberfläche der Versetzung 9 erste Seite des Blechs
10 zweite Seite des Blechs
A Rundbereich
B gerader Bereich C Eckbereich
D Spitzenbereich
H Höhe der Versetzung nach der ersten Umformoperation im Bereich der erhabenen Oberfläche
Hl Höhe der Versetzung nach der ersten Umformoperation im Bereich einer kritischen Stelle
H2 Höhe der Versetzung nach der zweiten Umformoperation X Höhe des Einzuges in den unterschiedlichen Bereichen A-D

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Herstellung einer Versetzung (7) in einem Blech (2) in einem Umformprozess, wobei das Blech (2) in wenigstens einem Schritt zwischen einer Matrize (1) mit einer Ausnehmung mit einer vorgegebenen Kontur (4) und einem Stempel (3) mit einer im wesentlichen durch die gleiche Kontur (4) gegebenen Randform in die Konturen (4) im wesentlichen deckungsgleich aufeinander führender Weise umgeformt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Eindringtiefe des Stempels (3) in das Blech (2) in einer ersten Richtung (Rl) im genannten Umformprozess derart eingestellt wird, dass in den entscheidenden Randzonen der Versetzung (7) eine erste Höhe (Hl) erreicht wird, welche im wesentlichen der Zielhöhe der Versetzung (7) entspricht, während die erhabene Oberfläche (8) der restlichen Versetzung (7) eine grossere Höhe (H) erreicht, und dass in einem weiteren Umformprozess die Versetzung (7) mit einem
Rücksetzstempel (5), welcher wenigstens die genannte Kontur (4) abdeckt, in einer der ersten Richtung (Rl) entgegen gesetzten zweiten Richtung (R2) derart zurückgeführt wird, dass im wesentlichen die gesamte erhabene Oberfläche (8) der Versetzung (7) auf einer zweiten Höhe (H2) angeordnet ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Höhe (Hl) im wesentlichen gleich ist wie die zweite Höhe (H2).
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei wenigstens einer der entscheidenden Randzonen der Versetzung
(7) um einen Bereich handelt, bei welchem die Kontur (4) eine Ecke mit einem Winkel von < 120°, bevorzugt von < 90° aufweist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei wenigstens einer der entscheidenden Randzonen der Versetzung (7) um wenigstens eine Zahnform mit einem Winkel im Bereich von 20-70°, bevorzugt im Bereich von 30-60°, insbesondere bevorzugt im Bereich von 45° handelt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Umformprozess die Matrize (1) auf einer zweiten Seite (10) des Blechs (2) und im wesentlichen an diesem anliegend angeordnet ist und der Stempel von einer ersten Seite (9) des Blechs (2) auf dieses und in dieses unter
Ausbildung der Versetzung (7) auf der zweiten Seite (10) hineingeführt wird, und dass im weiteren Umformprozess auf der ersten Seite (9) eine flache, wenigstens die Kontur (4) allseitig wesentlich überragend abdeckende flache Abstützung (6) angeordnet ist und der Rücksetzstempel (5) von der zweiten Seite (10) des Blechs (2) auf die Versetzung (7) diese umformend zugeführt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rücksetzstempel (5) im wesentlichen die gleiche Kontur (4) aufweist wie die Versetzung (7) und im wesentlichen deckungsgleich zu dieser geführt wird, wobei der Rücksetzstempel (5) bevorzugtermassen im weiteren Umformprozess zusammen mit einer bezüglich des Rücksetzstempels (5) verschieblich gelagerten und während des weiteren Umformprozesses in Kontakt mit der zweiten Seite (10) des Blechs (2) befindlichen, bezüglich des Blechs (2) im wesentlichen nicht bewegten, und die Kontur der Versetzung (7) im wesentlichen umschliessenden Rücksetzmatrize eingesetzt wird, wobei diese Rücksetzmatrize die im ersten Umformprozess eingesetzte Matrize (1) sein kann..
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel (3) im ersten Umformprozess mit einer Eindringtiefe in das Blech (2) eingeführt wird, welche grösser ist als die Zielhöhe der Versetzung (7), wobei bevorzugtermassen die Eindringtiefe 110 - 400%, besonders bevorzugt 150 - 300%, insbesondere bevorzugt 180 - 220% der Zielhöhe der Versetzung
(7) ausmacht.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur (4) unterschiedliche Bereiche (A-D) aufweist, und dass die Eindringtiefe des Stempels so eingestellt wird, dass die erste Höhe an der spitzwinkligsten Stelle (D) der Kontur gewährleistet ist.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Blech (2) eine Dicke im Bereich von 0.2 - 20 mm aufweist, bevorzugt im Bereich von 0.5 - 5 mm, insbesondere bevorzugt im Bereich von 1 - 3 mm, und dass die Versetzung (7) eine Zielhöhe respektive eine erste Höhe (Hl) respektive eine zweite Höhe (H2) im Bereich von 0.1 - 10 mm, respektive bevorzugt im Bereich von 0.2 - 3 mm, respektive insbesondere bevorzugt im Bereich von 0.5 - 2 mm aufweist.
10. Versetzung (7) herstellbar respektive hergestellt nach einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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