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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung geht aus von Herstellungsverfahren für Bauteile, insbesondere für Bauteile für Kraftfahrzeuge, insbesondere zur Herstellung von Sitzen bzw. Sitzbänken innerhalb von Fahrzeugen. Hierbei ist es bekannt, Bauteile zu verwenden, die einen Umformschritt durchlaufen haben, insbesondere durch Tiefziehen von Blechteilen oder dergleichen.
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Nachteilig ist es beim Stand der Technik, dass häufig zur Herstellung von komplexeren Fahrzeugbauteilen, wie beispielsweise Säulen, Träger, Rahmen und Sitzstrukturteile mit geschlossenen Querschnitten, mehrere umgeformte Werkstückteile miteinander verbunden werden müssen, insbesondere mit einander verschweißt werden müssen, was sich zum einen nachteilig hinsichtlich der Stabilität der Bauteile und zum anderen nachteilig hinsichtlich des Kostenaufwandes zur Herstellung der Bauteile, insbesondere zur Herstellung der Schweißverbindungen erweist. Ein weiterer Nachteil ist die geringe Sicherheit bzw. der hohe Aufwand zur Prüfung der Qualität der Baugruppen. Es existieren Fertigungsverfahren, die diese Nachteile nicht aufweisen, wie beispielsweise Hydroformen. Diese Verfahren haben aber den Nachteil, dass der Prozess und die notwendigen Halbzeuge hohe Kosten aufweisen.
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von mehrlagigen Bauteilen bzw. solche mehrlagigen Bauteile anzugeben, aus denen leichte und gleichzeitig stabile Tragstrukturen mit einem kostengünstigen und gleichzeitig zuverlässigen Prozess hergestellt werden können.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von mehrlagigen Bauteilen, insbesondere unter Verwendung eines mehrlagigen Stanzprozesses zur Herstellung von Hohlkörpern und komplexen Geometrien von Blechteilen, wobei wenigstens eine erste Materiallage umgeformt wird und wenigstens eine zweite Materiallage umgeformt wird, wobei in einem weiteren Verfahrensschritt eine Verbindung der ersten Materiallage mit der zweiten Materiallage insbesondere durch ein mechanisches Umformverfahren zur Herstellung der Verbindung angewendet wird, wie beispielsweise ein Nietverfahren, ein Clinchverfahren oder ein Bördelverfahren. Insbesondere wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines mehrlagigen Bauteils, wobei während eines ersten Verfahrensschritts
- – wenigstens eine erste Materiallage umgeformt wird und
- – wenigstens eine zweite Materiallage umgeformt wird,
wobei während eines weiteren Verfahrensschritts eine Verbindung der ersten Materiallage mit der zweiten Materiallage hergestellt wird.
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Hierdurch ist es erfindungsgemäß möglich, mehrlagige Bauteile insbesondere zur Herstellung von Hohlkörpern und insbesondere zur Realisierung von komplexen Geometrien von Blechteilen, insbesondere von Blechteilen zur Herstellung von Säulen, Trägern und Rahmen bzw. von Fahrzeug-Sitzstrukturen bereitzustellen.
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Erfindungsgemäß ist es insbesondere vorteilhaft möglich, dass die Herstellung der oben beschriebenen Bauteile in einem Prozess möglich ist, d. h. insbesondere ohne zusätzliche Schweißprozesse.
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Hierbei kann eine geringe Taktzeit und entsprechend geringe Herstellungskosten für die Realisierung der mehrlagigen Bauteile angegeben werden. Hierbei ist es erfindungsgemäß möglich, dass eine hohe Sicherheit durch einen robusten Herstellprozess beim Einsatz von umformenden Fügeverfahren gegeben ist.
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Gegenüber den bisher bekannten Stanzprozessen, ist es durch die Mittelwerkzeuge erfindungsgemäß möglich, eine doppelte Querschnittshöhe, entsprechend der doppelten maximalen Ziehhöhe und einen geschlossenen Querschnitt in einem Prozess zu realisieren, so dass eine erhöhte Steifigkeit bei einem geringeren Eigengewicht des Bauteils möglich ist.
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Erfindungsgemäß ist es ferner vorteilhaft möglich, dass DP-Stähle und TRIP-Stähle eingesetzt werden können, so dass eine optimale Formgebung möglich ist.
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Insbesondere ist es auch erfindungsgemäß möglich, dass eine hohe Funktionsintegration, durch die Mittelwerkzeuge und Fügeoperation im Prozess, möglich wird.
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Erfindungsgemäß ist es besonders bevorzugt, dass die Herstellung des mehrlagigen Bauteils während des ersten Verfahrensschritts unter Verwendung eines gleichzeitigen mehrlagigen Stanzprozesses, insbesondere zur Herstellung von Hohlkörpern und komplexen Geometrien von Blechteilen durchgeführt wird.
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Stand der Technik ist, dass Stanzwerkzeuge ein Ober- und Unterwerkzeug aufweisen. Erfindungsgemäß werden bei der vorliegenden Erfindung ein oder mehrere sogenannte Mittelwerkzeuge eingebracht. Diese Mittelwerkzeuge werden durch entsprechende Getriebe oder Kinematiken bei der Pressenbewegung mitbewegt. Durch die Verwendung eines Werkzeugs bzw. eines Stanzwerkzeugs mit Unterwerkzeug, mit Oberwerkzeug und mit wenigstens einem Mittelwerkzeug (welches sich in Stanzrichtung des Stanzwerkzeugs wenigstens bereichsweise bzw. teilweise zwischen dem Unterwerkzeug und dem Oberwerkzeug befindet und welches eine erste Mittelwerkzeugfläche aufweist, die dem Unterwerkzeug zugewandt ist und welches eine zweite Mittelwerkzeugfläche aufweist, die dem Oberwerkzeug zugewandt ist) ist es erfindungsgemäß vorteilhaft möglich, gleichzeitig die wengistens zwei Lagen des mehrlagigen Bauteils zu stanzen bzw. zu verformen, so dass sich zum einen eine geringere Taktzeit und zum anderen eine bessere Passgenauigkeit bzw. besser passende bzw. besser aufeinander abgestimmte Toleranzen ergeben. Hierdurch ist es erfindungsgemäß vorteilhaft möglich, das fertige Bauteil besonders stabil herzustellen. Beispielsweise kann die erste Materiallage – insbesondere ein Blech aus einem Metallmaterial – an einer bestimmten Stelle eine Ausformung ausgehend von einer Haupterstreckungsrichtung der ersten Materiallage gemäß einer ersten Orientierung in die Richtung senkrecht zur Haupterstreckungsebene der ersten Materiallage aufweisen, während die zweite Materiallage – insbesondere ebenfalls ein Blech aus einem Metallmaterial – an der bestimmten Stelle (bzw. an der mit der bestimmten Stelle (beim fertig hergestellten Bauteil) korrespondierenden Stelle) eine Ausformung ausgehend von der Haupterstreckungsrichtung der zweite Materiallage gemäß einer zweiten, der ersten Orientierung entgegengesetzten Orientierung in die Richtung senkrecht zur Haupterstreckungsebene der zweiten Materiallage aufweist. Hierdurch ist es erfindungsgemäß im Bereich der angesprochenen Stelle der ersten Materiallage (bzw. an der zu dieser Stelle korrespondierenden Stelle der zweiten Materiallage) in vorteilhafter Weise möglich, im fertig hergestellten Bauteil einen Hohlraum zu erzeugen, der beispielsweise zu einer Verstärkung des Bauteils beiträgt.
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Erfindungsgemäß ist es ferner bevorzugt, dass zur Herstellung der Verbindung der ersten Materiallage mit der zweiten Materiallage während des weiteren Verfahrensschritts ein mechanisches Umformverfahren angewendet wird.
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Ein solches mechanisches Umformverfahren ist erfindungsgemäß insbesondere
- – ein Nietverfahren bzw.
- – ein Clinchverfahren bzw.
- – ein Bördelverfahren.
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Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein mehrlagiges Bauteil, insbesondere ein Blechbauteil, welches eine erste Materiallage und wenigstens eine zweite Materiallage aufweist und welches mittels eines erfindungsgemäßes Verfahren hergestellt ist.
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Weiterhin ist es erfindungsgemäß bevorzugt, dass die erste Materiallage und die zweite Materiallage durch Umformung miteinander verbunden sind.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen, sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung, welche den wesentlichen Erfindungsgedanken nicht einschränken.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt schematisch einen ersten Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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2 zeigt schematisch den ersten Verfahrensschritt und einen weiteren Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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3 zeigt schematisch ein fertiggestelltes mehrlagiges Bauteil gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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4 bis 8 zeigen schematische Ansichten weiterer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.
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In der 1 ist schematisch eine Seitenansicht zur Herstellung einer ersten Materiallage 1 und einer zweiten Materiallage 2 mittels eines gemeinsamen Werkzeugs 10 dargestellt. Das gemeinsame Werkzeug 10 ist in der Lage, sowohl die erste Materiallage 1 als auch die zweite Materiallage 2 gemeinsam und bevorzugt auch in einem einzigen Arbeitsschritt bzw. in einem einzigem Taktschritt umzuformen, insbesondere tiefzuziehen. Das Werkzeug 10 umfasst ein Oberwerkzeug 15, ein Mittelwerkzeug 16 und ein Unterwerkzeug 17. Gewöhnlicherweise haben Stanzwerkzeuge ein Oberwerkzeug und ein Unterwerkzeug. Erfindungsgemäß wird bei der vorliegenden Erfindung ein Werkzeug bzw. ein gemeinsames Werkzeug 10 eingesetzt, welches – außer dem Unterwerkzeug 17 und dem Oberwerkzeug 15 – wenigstens ein Mittelwerkzeug 16 bzw. mehrere Mittelwerkzeuge 16, 16' aufweist. Ein Beispiel für ein Werkzeug 10 bzw. ein gemeinsames Werkzeug 10 mit mehr als einem Mittelwerkzeug, nämlich mit einem Mittelwerkzeug 16 und einem weiteren Mittelwerkzeug 16' ist in 8 dargestellt.
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Das Mittelwerkzeug 16 bzw. die Mittelwerkzeuge 16, 16' werden durch entsprechende Getriebe oder Kinematiken bei der Pressenbewegung mitbewegt. Durch die Verwendung eines Werkzeugs bzw. eines Stanzwerkzeugs bzw. eines Presswerkzeugs mit Unterwerkzeug, mit Oberwerkzeug und mit wenigstens einem Mittelwerkzeug (welches sich in Stanzrichtung des Stanzwerkzeugs wenigstens bereichsweise bzw. teilweise zwischen dem Unterwerkzeug und dem Oberwerkzeug befindet und welches eine erste Mittelwerkzeugfläche aufweist, die dem Unterwerkzeug zugewandt ist und welches eine zweite Mittelwerkzeugfläche aufweist, die dem Oberwerkzeug zugewandt ist) ist es erfindungsgemäß vorteilhaft möglich, gleichzeitig die wengistens zwei Lagen des mehrlagigen Bauteils (oder auch mit mehr als einem Mittelwerkzeug mehr als zwei Lagen des mehrlagigen Bauteils) zu stanzen bzw. zu verformen, so dass sich zum einen eine geringere Taktzeit und zum anderen eine bessere Passgenauigkeit bzw. besser passende bzw. besser aufeinander abgestimmte Toleranzen ergeben.
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In 2 ist schematisch neben dem gemeinsamen Werkzeug 10 ein weiteres zweites Werkzeug 20 dargestellt, in das die umgeformten Halbzeuge der ersten und zweiten Materiallage 1, 2 geführt werden. Im zweiten Werkzeug 20 findet eine Verbindung der ersten und zweiten tiefgezogenen Materiallage 1, 2 statt. Hierzu sind Verbindungseinrichtungen bzw. Verbindungsherstellungseinrichtungen innerhalb des zweiten Werkzeugs vorgesehen, welche schematisch mit den Bezugszeichen 21, 22, 23 angegeben sind. Am fertigen Bauteil 30, welches in 3 schematisch dargestellt ist, sind an Verbindungsstellen 31, 32, 33 die erste und zweite Materiallage 1, 2 miteinander verbunden.
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In 4 ist in schematischer Weise das gemeinsame Werkzeug 10 in geöffnetem Zustand und in 5 in geschlossenem Zustand dargestellt. Die erste und zweite Materiallage 1, 2 wird gemäß der 4 in nicht-umgeformten Zustand, insbesondere von einer Rolle abgewickelt, in das gemeinsame Werkzeug 10 eingelegt. Anschließend wird das gemeinsame Werkzeug 10 geschlossen, so dass die Umformung der ersten und zweiten Materiallage 1, 2 stattfindet.
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In 6 ist eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung eines Bauteils mit mindestens zwei Materiallagen dargestellt. In einem ersten Werkzeug 11 und einem weiteren ersten Werkzeug 12 wird die erste Materiallage 1 bzw. die zweite Materiallage 2 umgeformt, insbesondere tiefgezogen. Diese Ausführungsform ermöglicht den Einsatz von konventionellen Werkzeugen ohne Mittelwerkzeug.
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Dem zweiten Werkzeug 20 wird beispielsweise die erste Materiallage 1 direkt kontinuierlich zugeführt und die zweite Materiallage 2 sukzessive stückweise zugeführt oder aber umgekehrt. Wie bei der Ausführungsform gemäß der 1 bis 5 wird auch bei dem zweiten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Herstellung des Bauteils in dem zweiten Werkzeug 20 an verschiedenen Verbindungseinrichtungen bzw. Verbindungsherstellungseinrichtungen 21, 22, 23 eine Verbindung der ersten und zweiten Materiallage 1, 2 hergestellt, so dass gemäß 7 wiederum ein Bauteil bzw. ein Werkstück mit einer ersten und zweiten Materiallage 1, 2 zusammen mit verschiedenen Verbindungsstellen 31, 32, 33 resultiert.
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Erfindungsgemäß ist es auch vorteilhaft und bevorzugt, wenn Bauteile mit mehr als zwei Materiallagen, beispielsweise mit drei Materiallagen bzw. mit vier Materiallagen, durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt werden. 8 zeigt eine mögliche Ausführungsform eines Werkzeuges 40 zur gleichzeitigen Bearbeitung von drei Materiallagen mit zwei Mittelwerkzeugen 16, 16'.
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Hierdurch ist es erfindungsgemäß möglich, eine größere Versteifungswirkung oder auch Funktionsintegration beim fertiggestellten mehrlagigen Bauteil zu realisieren.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Erste Materiallage
- 2
- Zweite Materiallage
- 10
- Gemeinsames Werkzeug
- 11
- Erstes Werkzeug
- 12
- Weiteres erstes Werkzeug
- 15
- Oberwerkzeug
- 16
- Mittelwerkzeug
- 16'
- weiteres Mittelwerkzeug
- 17
- Unterwerkzeug
- 20
- Zweites Werkzeug
- 21, 22, 23
- Verbindungseinrichtungen
- 30
- Mehrlagiges Bauteil
- 31, 32, 33
- Verbindungspunkte des Werkstücks
- 40
- Werkzeug zur gleichzeitigen Bearbeitung von Dreilagen
