DE102014001663A1 - Hole producing device for producing hole in composite component i.e. organic sheet in car, has die including compressible solid insert that is displaced during punching of die with stamper while supporting hole edge of organic sheet - Google Patents

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Abstract

The device (1) has a die (5) provided with a compressible solid insert (6), where the compressible solid insert is displaced during punching of the die with a stamper (4) for forming a hole (2) in a composite component i.e. organic sheet (3) while supporting a hole edge (9) of the sheet. The solid insert is formed of an elastic material such as rubber or elastomer. The die includes a displacement space (7) in which the solid insert is displaced during the hole forming process, where the displacement space tapers conically in the insertion direction (8) of the stamper. An independent claim is also included for a method for introducing or expanding a hole in a composite component i.e. organic sheet.

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.The present invention relates to a device for producing a hole in a composite component with a punch and a die at least partially receiving them during the punching process according to the preamble of claim 1. The invention also relates to a method for introducing or expanding a hole in a composite component.

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.In general, in the production of holes in composite components, for example in organo sheets, the problem may arise that, when the punch and die interact, material of the composite component is drawn into the hole to be produced, thereby producing undesirable ducts or burrs.

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.To counteract this, for example, from the DE 10 2013 200 776 A1 a die with an iris diaphragm is known, which is increasingly widened when a retracting a punch in the die during the piercing operation, thereby allowing a permanent support of a hole edge of the composite component. The stamp itself is elliptically rounded and opens when penetrating into the die at least partially covering this iris. In the case of a pre-perforation, this can also be used to prevent the material of the composite component from being drawn into the widening hole and possibly being sheared off. However, such an iris diaphragm represents a structurally comparatively complicated aid.

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.The present invention therefore deals with the problem of providing an improved or at least one alternative embodiment for a device of the generic type, which reliably prevents axial passage of the component to be punched or Materialabscherungen and otherwise constructively simple and thus constructed inexpensively. In addition, a method is to be specified by means of which holes in composite components without passages and without material shearing in the region of a hole edge can be produced inexpensively.

Diese Probleme werden erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.These problems are solved according to the invention by the subject matters of the independent claims. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

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.The present invention is based on the general idea to provide on a die of a device for producing a hole in a composite component a compressible and displaceable solid insert, which is displaced upon retraction of the punch in the die and at the same time supports a hole edge of the composite component to be punched. The stamp can be elliptically rounded in the usual way and used for introducing or upgrading already pre-punched holes. The solid insert is incorporated in the die and is compressed when retracting the punch in the die, whereby it stiffened and thereby forms a sufficient support of the hole edge. On the whole, the compressible solid-state insert according to the invention fulfills a similar purpose as the iris diaphragm known from the state of the art, but has a significantly simpler construction, for example, of a rubber-elastic material, in particular of rubber, rubber or an elastomer. When retracting the punch in the die and the associated compression of the solid insert this supports the hole edge of the composite component and thus relatively easy to prevent the formation of a draft or the shearing of the material of the composite component in the region of the hole edge. Simultaneously with the compression of the solid insert is at least partially displacing it into a displacement space of the die, whereby the solid insert shrinks upon reaching a predefined compression ratio, without being damaged. This allows a comparatively long life of the solid insert. Due to the elimination of mechanically movable or possibly even to be controlled parts, the device with the compressible solid insert according to the invention is structurally extremely simple and thereby operate and maintain a low cost.

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.In an advantageous development of the solution according to the invention, the displacement space tapers conically in the insertion direction of the punch. Such a conical taper allows not only a leadership of the stamp, but at the same time a defined supporting effect of the solid state system in relation to the displacement space and thus a precisely defined supporting the hole edge to hole punch composite component.

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.Suitably, the displacement chamber is limited on its side facing the punch by an inwardly projecting end collar, which also forms a hole opening of the die. The compressible solid insert thereby engages behind a hole edge of the hole opening of the die and is thus arranged comparatively protected in the die.

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.The present invention is further based on the general idea of introducing holes into composite components or widening already introduced holes using the apparatus described above. For this purpose, first the component to be punched is heated, for example on 290 ° and then the stamp through the composite component, for example, the organic sheet, introduced into the die. When inserting the elliptically rounded punch into the die, a hole edge of the composite component to be punched is supported by the compressible solid insert, thereby reliably preventing the formation of a draft or a shearing of the hole edge. The compressible solid insert used according to the invention can be formed from rubber, rubber or generally an elastomer.

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.Preferably, in the expansion of an existing hole, a hole diameter of the pre-hole is at most 4 mm smaller than the subsequent target diameter of the hole to be produced, whereby a burr-free production of the hole can be ensured.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.Other important features and advantages of the invention will become apparent from the dependent claims, from the drawing and from the associated description of the figures with reference to the drawing.

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.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.A preferred embodiment of the invention is illustrated in the drawing and will be explained in more detail in the following description.

Die einzige 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung eines Lochs in einem Verbundbauteil.The only 1 shows an inventive device for producing a hole in a composite component.

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.According to the 1 has a device according to the invention 1 for making a hole 2 in a composite component 3 a stamp 4 as well as a die which at least partially accommodates this during the punching process 5 on. The composite component 3 For example, it can be designed as an organic sheet and used in motor vehicles. According to the invention is now in the die 5 a compressible solid insert 6 provided, the punching process from the punch 4 is displaced and at the same time a hole edge 9 of the composite component 3 supported. This solid insert 6 is formed of a rubber-elastic material, for example of rubber, rubber or an elastomer and can during the piercing process at least partially in a displacement space 7 be displaced.

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.The solid insert 6 is thus when retracting the punch 4 into the matrix 5 in retraction direction 8th through the stamp 4 compressed and at least partially in the displacement 7 repressed. To a certain extent, however, the compressible solid core remains 6 outside the repressive space 7 and supports the hole edge 9 of the composite component to be punched 3 resulting in particular a shearing of the hole edge 9 is prevented and at the same time axial passages, by a deformation of the hole edge 9 into the matrix 5 can be avoided.

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.Looking at the repression room 7 , so you can see that this in insertion direction 8th of the stamp 4 conically tapered and at its the punch 4 facing side by an inwardly protruding waistband 10 is limited, at the same time a hole opening of the die 5 forms. Is the stamp 4 completely into the matrix 5 retracted, so usually leaves a gap between the hole opening of the die 5 and the hole edge 9 of about 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.To the composite component 3 better hole or a pre-hole already introduced therein better widening, this is heated according to the invention during the hole process, for example, to 290 °, said temperature and a pressing force of the punch 4 of course, from the material composition of the composite part 3 , For example, the organic sheet, depend.

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.In general, the compressible solid insert 6 also to the hole to be punched or calibrated composite component 3 or the hole process itself be adjusted so that it is conceivable that when punching a composite component 3 Polyurethane as a material for the solid core insert at low temperatures 6 whereas at high temperatures fluororubber is used as the material for the solid-state insert 6 is used. At medium temperatures, for example, EPDM as an injection molded fitting for the compressible solid insert 6 be used.

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.With the device according to the invention 1 and the method according to the invention can composite components 3 simply punch holes or existing holes in them simply widening without axial passages or a shearing of the hole edge 9 have to be feared. At the same time is the compressible solid insert 6 inexpensive to produce and use appropriate training long term. In general, can be with the inventive device 1 extremely exact inner contours regarding shape and position during or after the forming process on warm composite components 3 , For example, warm organo sheets produce.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102013200776 A1 [0003] DE 102013200776 A1 [0003]

Claims (6)

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.Contraption ( 1 ) for making a hole ( 2 ) in a composite component ( 3 ) with a stamp ( 4 ) and an at least partially receiving this die during the punching process ( 5 ), characterized in that in the die ( 5 ) a compressible solid insert ( 6 ) is provided, which in the punching operation of the stamp ( 4 ) and at the same time a hole edge ( 9 ) of the composite component ( 3 ) is supported. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Festkörpereinlage (6) aus einem gummielastischen Material, insbesondere aus Kautschuk, Gummi oder einem Elastomer ausgebildet ist.Apparatus according to claim 1, characterized in that the solid core insert ( 6 ) is formed of a rubber-elastic material, in particular of rubber, rubber or an elastomer. 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.Device according to claim 1 or 2, characterized in that in the die ( 5 ) a repressive space ( 7 ) is provided, in which the solid core insert ( 6 ) by the stamp ( 4 ) is at least partially displaced during the punching process. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Verdrängungsraum (7) in Einführrichtung (8) des Stempels (4) konisch verjüngt.Apparatus according to claim 3, characterized in that the displacement space ( 7 ) in the insertion direction ( 8th ) of the stamp ( 4 ) conically tapered. 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.Apparatus according to claim 3 or 4, characterized in that the displacement space ( 7 ) at his the stamp ( 4 ) facing side by an inwardly projecting collar ( 10 ) is limited, which at the same time a hole opening of the die ( 5 ). 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.Method for introducing or expanding a hole ( 2 ) in a composite component ( 3 ), in particular in an organic sheet, using a device ( 1 ) according to one of claims 1 to 5, in which the stamp ( 4 ) into the hole opening of the die ( 5 ), the compressible solid core ( 6 ) from the stamp ( 4 ) and at the same time the hole edge ( 9 ) of the composite component ( 3 ) is supported.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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