DE102014001663A1

DE102014001663A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines Lochs in einem Verbundbauteil

Info

Publication number: DE102014001663A1
Application number: DE201410001663
Authority: DE
Inventors: Harald Buchal
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2014-02-06
Filing date: 2014-02-06
Publication date: 2014-08-21

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Herstellung eines Loches (2) in einem Verbundbauteil (3) mit einem Stempel (4) und einer diesen beim Lochvorgang zumindest teilweise aufnehmenden Matrize (5). Erfindungswesentlich ist dabei, dass in der Matrize (5) eine kompressible Festkörpereinlage (6) vorgesehen ist, die beim Lochvorgang vom Stempel (4) verdrängt wird und gleichzeitig einen Lochrand (9) des Verbundbauteils (3) abstützt. Hierdurch kann eine Gratbildung und die Bildung eines Durchzuges beim Lochen einfach verhindert werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung eines Lochs in einem Verbundbauteil mit einem Stempel und einer diesen beim Lochvorgang zumindest teilweise aufnehmenden Matrize gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Einbringen oder Aufweiten eines Lochs in einem Verbundbauteil.
Generell kann bei der Herstellung von Löchern in Verbundbauteilen, beispielsweise in Organoblechen, das Problem auftreten, dass bei einem Zusammenwirken von Stempel und Matrize Material des Verbundbauteils in das herzustellende Loch eingezogen wird und dadurch unerwünscht Durchzüge bzw. Grate entstehen.
Um dem entgegen zu wirken, ist beispielsweise aus der DE 10 2013 200 776 A1 eine Matrize mit einer Irisblende bekannt, die bei einem Einfahren eines Stempels in die Matrize während des Lochvorgangs zunehmend aufgeweitet wird und dadurch eine permanente Abstützung eines Lochrandes des Verbundbauteils ermöglicht. Der Stempel selbst ist elliptisch gerundet ausgebildet und öffnet beim Eindringen in die Matrize die diese zumindest teilweise abdeckende Irisblende. Bei einer Vorlochung kann hierdurch auch vermieden werden, dass das Material des Verbundbauteils in das sich aufweitende Loch eingezogen und gegebenenfalls abgeschert wird. Eine derartige Irisblende stellt jedoch ein konstruktiv vergleichsweise aufwändiges Hilfsmittel dar.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die zum Einen axiale Durchzüge des zu lochenden Verbundbauteils bzw. Materialabscherungen zuverlässig verhindert und zum Anderen konstruktiv einfach und damit kostengünstig aufgebaut ist. Zudem soll ein Verfahren angegeben werden, mittels welchem Löcher in Verbundbauteile ohne Durchzüge und ohne Materialabscherungen im Bereich eines Lochrandes kostengünstig herstellbar sind.
Diese Probleme werden erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, an einer Matrize einer Vorrichtung zur Herstellung eines Lochs in einem Verbundbauteil eine kompressible und verdrängbare Festkörpereinlage vorzusehen, die bei einem Einfahren des Stempels in die Matrize verdrängt wird und dabei gleichzeitig einen Lochrand des zu lochenden Verbundbauteils abstützt. Der Stempel kann dabei in gewohnter Weise elliptisch gerundet ausgebildet sein und zum Einbringen oder Aufwerten bereits vorgelochter Löcher eingesetzt werden. Die Festkörpereinlage ist in die Matrize eingebaut und wird bei einem Einfahren des Stempels in die Matrize komprimiert, wodurch sie sich versteift und dadurch eine ausreichende Abstützung des Lochrandes bildet. Im Großen und Ganzen erfüllt dabei die erfindungsgemäße kompressible Festkörpereinlage einen ähnlichen Zweck wie die aus dem Stand der Technik bekannte Irisblende, ist jedoch konstruktiv deutlich einfacher aufgebaut, beispielsweise aus einem gummielastischen Material, insbesondere aus Kautschuk, Gummi oder einem Elastomer. Beim Einfahren des Stempels in die Matrize und beim damit verbundenen Komprimieren der Festkörpereinlage stützt diese den Lochrand des Verbundbauteils ab und verhindert so vergleichsweise einfach die Bildung eines Durchzuges bzw. das Abscheren des Materials des Verbundbauteils im Bereich des Lochrands. Gleichzeitig mit dem Komprimieren der Festkörpereinlage erfolgt ein zumindest teilweises Verdrängen derselben in einen Verdrängungsraum der Matrize, wodurch die Festkörpereinlage bei Erreichen eines vordefinierten Kompressionsverhältnisses zurückweicht, ohne Schaden zu nehmen. Dies ermöglicht eine vergleichsweise lange Lebensdauer der Festkörpereinlage. Aufgrund des Entfalls mechanisch beweglicher bzw. eventuell sogar zu steuernder Teile, ist die Vorrichtung mit der erfindungsgemäßen kompressiblen Festkörpereinlage konstruktiv äußerst einfach aufgebaut und dadurch auch kostenarm zu betreiben bzw. zu warten.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung verjüngt sich der Verdrängungsraum in Einführrichtung des Stempels konisch. Eine derartige konische Verjüngung ermöglicht nicht nur eine Führung des Stempels, sondern zugleich auch einen definierten Abstützeffekt der Festkörperanlage in Bezug auf den Verdrängungsraum und damit ein exakt definiertes Abstützen des Lochrandes zu lochenden Verbundbauteils.
Zweckmäßig ist der Verdrängungsraum an seiner dem Stempel zugewandten Seite durch einen nach innen ragenden Abschlussbund begrenzt, der zugleich eine Lochöffnung der Matrize bildet. Die kompressible Festkörpereinlage hintergreift dabei einen Lochrand der Lochöffnung der Matrize und ist dadurch vergleichsweise geschützt in der Matrize angeordnet.
Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, unter Verwendung der zuvor beschriebenen Vorrichtung Löcher in Verbundbauteile einzubringen bzw. bereits eingebrachte Löcher aufzuweiten. Hierzu wird zunächst das zu lochende Verbundbauteil erhitzt, beispielsweise auf 290° und anschließend der Stempel durch das Verbundbauteil, beispielsweise das Organoblech, in die Matrize eingeführt. Beim Einführen des elliptisch gerundeten Stempels in die Matrize wird ein Lochrand des zu lochenden Verbundbauteils durch die kompressible Festkörpereinlage abgestützt und dadurch die Bildung eines Durchzuges bzw. ein Abscheren des Lochrandes zuverlässig verhindert. Die erfindungsgemäß verwendete kompressible Festkörpereinlage kann dabei aus Kautschuk, Gummi oder generell einem Elastomer ausgebildet sein.
Vorzugsweise ist bei der Aufweitung eines bereits vorhandenen Loches ein Lochdurchmesser des Vorloches höchstens 4 mm kleiner als der spätere Zieldurchmesser des herzustellenden Loches, wodurch ein abgratfreies Herstellen des Loches gewährleistet werden kann.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Die einzige 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung eines Lochs in einem Verbundbauteil.
Entsprechend der 1, weist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Herstellung eines Loches 2 in einem Verbundbauteil 3 einen Stempel 4 sowie eine diesen beim Lochvorgang zumindest teilweise aufnehmende Matrize 5 auf. Das Verbundbauteil 3 kann beispielsweise als Organoblech ausgebildet sein und in Kraftfahrzeugen Verwendung finden. Erfindungsgemäß ist nun in der Matrize 5 eine kompressible Festkörpereinlage 6 vorgesehen, die beim Lochvorgang vom Stempel 4 verdrängt wird und gleichzeitig einen Lochrand 9 des Verbundbauteils 3 abstützt. Diese Festkörpereinlage 6 ist aus einem gummielastischen Material, beispielsweise aus Kautschuk, Gummi oder einem Elastomer ausgebildet und kann während des Lochvorgangs zumindest teilweise in einen Verdrängungsraum 7 verdrängt werden.
Die Festkörpereinlage 6 wird somit beim Einfahren des Stempels 4 in die Matrize 5 in Einfahrrichtung 8 durch den Stempel 4 komprimiert und zumindest teilweise in den Verdrängungsraum 7 verdrängt. Zu einem gewissen Teil verbleibt jedoch die kompressible Festkörpereinlage 6 außerhalb des Verdrängungsraums 7 und stützt den Lochrand 9 des zu lochenden Verbundbauteils 3 ab, wodurch insbesondere ein Abscheren des Lochrandes 9 verhindert wird und zugleich axiale Durchzüge, durch eine Verformung des Lochrandes 9 in die Matrize 5 hinein vermieden werden können.
Betrachtet man den Verdrängungsraum 7, so kann man erkennen, dass sich dieser in Einführrichtung 8 des Stempels 4 konisch verjüngt und an seiner dem Stempel 4 zugewandten Seite durch einen nach innen ragenden Abschlussbund 10 begrenzt ist, der zugleich eine Lochöffnung der Matrize 5 bildet. Ist der Stempel 4 vollständig in die Matrize 5 eingefahren, so verbleibt üblicherweise ein Spalt zwischen der Lochöffnung der Matrize 5 und dem Lochrand 9 von ca. 0,05 mm.
Um das Verbundbauteil 3 besser lochen bzw. ein darin bereits eingebrachtes Vorloch besser Aufweiten zu können, wird dieses erfindungsgemäß beim Lochvorgang erhitzt, beispielsweise auf 290°, wobei die genannte Temperatur und eine Presskraft des Stempels 4 selbstverständlich von der Werkstoffzusammensetzung des Verbundteils 3, beispielsweise des Organoblechs, abhängen.
Generell kann die kompressible Festkörpereinlage 6 ebenfalls an das zu lochende bzw. zu kalibrierende Verbundbauteil 3 bzw. den Lochvorgang selbst angepasst werden, so dass denkbar ist, dass bei dem Lochen eines Verbundbauteils 3 bei niedrigen Temperaturen Polyurethan als Werkstoff für die Festkörpereinlage 6 verwendet wird, wogegen bei hohen Temperaturen Fluorkautschuk als Material für die Festkörpereinlage 6 verwendet wird. Bei mittleren Temperaturen kann beispielsweise EPDM als spritzgegossenes Formstück für die kompressible Festkörpereinlage 6 eingesetzt werden.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 und dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich Verbundbauteile 3 einfach lochen bzw. darin bereits vorhandene Löcher einfach Aufweiten, ohne dass axiale Durchzüge bzw. ein Abscheren des Lochrandes 9 befürchtet werden müssen. Zugleich ist die kompressible Festkörpereinlage 6 kostengünstig herzustellen und bei entsprechender Ausbildung langfristig einzusetzen. Generell lassen sich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 äußerst exakte Innenkonturen hinsichtlich Form und Lage während oder nach dem Umformprozess an warmen Verbundbauteilen 3, beispielsweise warmen Organoblechen, herstellen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013200776 A1 [0003]

Claims

Vorrichtung (1) zur Herstellung eines Loches (2) in einem Verbundbauteil (3) mit einem Stempel (4) und einer diesen beim Lochvorgang zumindest teilweise aufnehmenden Matrize (5), dadurch gekennzeichnet, dass in der Matrize (5) eine kompressible Festkörpereinlage (6) vorgesehen ist, die beim Lochvorgang vom Stempel (4) verdrängt wird und gleichzeitig einen Lochrand (9) des Verbundbauteils (3) abstützt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Festkörpereinlage (6) aus einem gummielastischen Material, insbesondere aus Kautschuk, Gummi oder einem Elastomer ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Matrize (5) ein Verdrängungsraum (7) vorgesehen ist, in welchen die Festkörpereinlage (6) durch den Stempel (4) beim Lochvorgang zumindest teilweise verdrängbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Verdrängungsraum (7) in Einführrichtung (8) des Stempels (4) konisch verjüngt.
Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängungsraum (7) an seiner dem Stempel (4) zugewandten Seite durch einen nach innen ragenden Abschlussbund (10) begrenzt ist, der zugleich eine Lochöffnung der Matrize (5) bildet.
Verfahren zum Einbringen oder Aufweiten eines Lochs (2) in einem Verbundbauteil (3), insbesondere in einem Organoblech, unter Verwendung einer Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der Stempel (4) in die Lochöffnung der Matrize (5) eingefahren, die kompressible Festkörpereinlage (6) vom Stempel (4) verdrängt und gleichzeitig der Lochrand (9) des Verbundbauteils (3) abstützt wird.