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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Blechformteils, wobei das herzustellende Blechformteil wenigstens eine sichtbare Blechformteilkante aufweisen soll.
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Die Erfindung betriff ferner ein hierfür geeignetes Blechbearbeitungswerkzeug zur Verwendung in einer Presse, sowie eine Fertigungslinie, wie insbesondere eine Pressenstraße.
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Unter einer Blechformteilkante wird eine in das Blechmaterial eingeformte Bauteilkante verstanden, die an ihrer Außenseite durch einen sehr kleinen Kanten- bzw. Formradius gekennzeichnet ist, wodurch sich entlang des Verlaufs dieser Blechformteilkante ein scharfkantiger Flächenübergang (bzw. Flankenübergang) ergibt.
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In der
DE 10 2011 115 219 A1 derselben Anmelderin wird ein mehrstufiges Verfahren zur Herstellung eines Blechformteils, das wenigstens eine Blechformteilkante aufweist, vorgeschlagen. Das verwendete Blechmaterial wird zunächst in einem ersten Ziehwerkzeug umgeformt, wobei das herzustellende Blechformteil im Wesentlichen fertig geformt und die Blechformteilkante positionsgenau mit einem vergrößerten Kantenradius vorgeformt wird. Anschließend wird dieses Blechformteil in ein zweites Ziehwerkzeug eingelegt und darin fertig geformt, wobei die vorgeformte Blechformteilkante fertig ausgeformt wird.
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Die Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine weitere vorteilhafte Möglichkeit zur Herstellung eines Blechformteils, das wenigstens eine sichtbare Blechformteilkante aufweist, anzugeben.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein erfindungsgemäßes Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Mit nebengeordneten Patentansprüchen erstreckt sich die Erfindung auch auf ein erfindungsgemäßes Blechbearbeitungswerkzeug und auf eine erfindungsgemäße Fertigungslinie. Weiterbildungen und Ausgestaltungen ergeben sich analog für alle Erfindungsgegenstände sowohl aus den abhängigen Patentansprüchen als auch aus den nachfolgenden Erläuterungen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Blechformteils durch Umformen eines Blechmaterials, wobei das herzustellende Blechformteil wenigstens eine sichtbare Blechformteilkante aufweisen soll, weist zumindest folgende Schritte auf:
- – Erzeugen eines Blechvorformteils durch Umformen eines bereitgestellten Blechmaterials, und
- – Erzeugen wenigstens einer (sichtbaren) Blechformteilkante am Blechvorformteil durch lokales elektromagnetisches Nachumformen des Blechmaterials.
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Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst somit im Wesentlichen zwei Stufen bzw. Schritte: ein Vorformen des Blechmaterials zur Formgebung des Blechformteils und ein lokales Nachformen des Blechmaterials zur Ausformung wenigstens einer Blechformteilkante. Das Vorformen bzw. Vorumformen erfolgt insbesondere durch konventionelles Umformen des Blechmaterials. Unter einem konventionellen Umformen wird insbesondere das Umformen mittels Formwerkzeugen (bspw. Tiefzieh- und/oder Streckziehwerkzeuge), die starre Werkzeugwirkflächen aufweisen, verstanden. Das lokale Nachformen bzw. Nachumformen erfolgt durch elektromagnetisches Umformen des Blechmaterials. Im Gegensatz zum konventionellen Umformen erfolgt das elektromagnetische Umformen mittels Wirkenergie (elektromagnetische Druckkraft), die, im erfindungsgemäßen Fall lokal, auf das umzuformende Blechmaterial einwirkt. Im Weiteren wird auf entsprechende Fachliteratur verwiesen.
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Bei dem herzustellenden Blechformteil handelt es sich insbesondere um ein Karosserie-Außenhautteil, welches in einem sichtbaren Hauptflächenbereich (d. h. nicht in einem Nebenflächenbereich, wie bspw. einem Flanschabschnitt) wenigstens eine sichtbare und insbesondere auch deutlich ausgeprägte Blechformteilkante aufweist. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Blechformteilkante einen räumlichen bzw. dreidimensionalen und insbesondere auch komplexen (bspw. mehrfach gekrümmten und/oder richtungsverändernden) Verlauf aufweist (3D-Geometrie). Eine solche Blechformteilkante ist insbesondere eine so genannte Designkante, entlang derer benachbarte Flächenbereiche durch einen scharfkantigen Flächenrichtungswechsel zueinander abgegrenzt sind. Solche Designkanten können auch eine technische Funktion haben und z. B. als Versteifungselemente, Regenwasserabläufe und dergleichen dienen.
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Mit der vorgeschlagenen Verfahrensweise können präzise und mitunter sehr markante Blechformteilkanten mit einem sehr kleinen Kantenradius ausgebildet werden, ohne dass Nachlaufkanten, Einschnürungen, Falten und/oder Rückfederungen entstehen. Die Flächen- bzw. Flankenübergänge entlang einer erfindungsgemäß erzeugten Blechformteilkante weisen eine hohe Formpräzision auf (Radiusausbildung ohne Knicke und/oder Flachstellen). Der erzielbare Kantenradius (an der Außenseite) beträgt bevorzugt weniger als 2 mm, besonders bevorzugt weniger als 1,5 mm und insbesondere weniger als 1,0 mm. Insbesondere ist der Kantenradius gleich und/oder kleiner als die Blechdicke des Blechmaterials. Ferner können auch sehr nah beieinanderliegende Blechformteilkanten mit hoher Präzision erzeugt werden.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass für das Umformen und für das Nachumformen des Blechmaterials verschiedene Blechbearbeitungswerkzeuge verwendet werden. Bevorzugt ist zwischen dem Umformen und Nachumformen ein Werkstücktransport erforderlich. Besonders bevorzugt handelt es sich um pressengebundene Blechbearbeitungswerkzeuge. Ein pressengebundenes und somit auch pressenbetätigtes Blechbearbeitungswerkzeug weist im Allgemeinen ein Werkzeugunterteil und ein hierzu relativbewegliches Werkzeugoberteil auf, wobei das Werkzeugunterteil auf dem Pressentisch angeordnet und das Werkzeugoberteil am Pressenstößel befestigt ist. Auch das Blechbearbeitungswerkzeug, in dem das lokale elektromagnetische Nachumformen des Blechmaterials zur Erzeugung wenigstens einer Blechformteilkante erfolgt, kann im Wesentlichen so aufgebaut sein. Bevorzugt sind die Blechbearbeitungswerkzeuge zum Umformen und Nachumformen als Folgewerkzeuge ausgebildet und innerhalb einer Pressenstraße oder Großteilstufenpresse (oder dergleichen), bspw. mit vier bis acht und insbesondere mit sechs Pressenstufen, angeordnet und somit fertigungstaktgebunden.
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Durch Umformen eines Blechmaterials in wenigstens einem pressengebundenen Blechbearbeitungswerkzeug kann zunächst ein Blechvorformteil erzeugt werden, welches dann einem weiteren pressengebundenen Blechbearbeitungswerkzeug zugeführt wird, in dem in einer Folgeoperation wenigstens eine Blechformteilkante durch lokales elektromagnetisches Nachumformen des Blechmaterials erzeugt bzw. ausgebildet wird, was insbesondere innerhalb einer Pressenstraße erfolgt. Eine Pressenstraße umfasst mehrere mit Blechbearbeitungswerkzeugen bestückte Pressen, die mit einem Werkstücktransfersystem verbunden sind.
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Die Erfindung ist damit auch für eine wirtschaftliche Anwendung in Presswerken geeignet, wobei das lokale elektromagnetische Umformen bzw. Nachumformen des Blechmaterials zur Erzeugung wenigstens einer Blechformteilkante in eine konventionelle Abfolge, insbesondere in einen konventionellen Ziehprozess, zur Herstellung eines betreffenden Blechformteils integriert bzw. eingebunden werden kann. Die vorgeschlagene Vorgehensweise ist insbesondere für die taktgebundene Serienherstellung in einer, insbesondere schnelllaufenden und somit kurz getakteten, Pressenstraße geeignet. Aufgrund der elektromagnetischen Umformung sind die auftretenden Werkzeugbelastungen im Vergleich zum konventionellen Umformen deutlich geringer. (Für das konventionelle Ausformen einer Blechformteilkante sind sehr hohe Kräfte erforderlich.) Auch der Werkzeugverschleiß ist deutlich niedriger, da weniger abrasiver Kontakt zwischen Blechmaterial und Werkzeugwirkflächen besteht.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass das lokale elektromagnetische Nachumformen des Blechmaterials während eines Pressen- bzw. Werkzeugschließhubs erfolgt, insbesondere dann, wenn sich der Pressenstößel in etwa im unteren Totpunkt (UT) befindet. Die beim elektromagnetischen Umformen bzw. Nachumformen auftretenden Reaktionskräfte werden von der Presse aufgenommen. Ein Verriegeln des Blechbearbeitungswerkzeugs und/oder der Presse ist nicht erforderlich.
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Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass das Blechmaterial beim lokalen elektromagnetischen Nachumformen, zumindest in dem die zu erzeugende Blechformteilkante umgebenden Bereich, zwischen einem Werkzeugoberteil und einem Werkzeugunterteil des verwendeten Blechbearbeitungswerkzeugs eingeklemmt bzw. fixiert wird. Durch ein solches Einklemmen kann auf das Blechmaterial im betreffenden Bereich eine, insbesondere definierte, Flächenpressung aufgebracht werden, worüber der Materialfluss beim lokalen elektromagnetischen Umformen beeinflusst und insbesondere auch begrenzt werden kann, und wodurch auch eine lokale Faltenbildung verhindert werden kann. Das verwendete Blechbearbeitungswerkzeug ist dementsprechend beschaffen, insbesondere derart, dass die korrespondierenden Werkzeugwirkflächen am Ober- und Unterwerkzeug entsprechend ausgebildet sind. Die Klemmung und das Aufbringen einer Flächenpressung erfolgt insbesondere automatisch beim Schließen des Werkzeugs, sobald sich das Werkzeugoberteil durch Absenken des Pressenstößels in Richtung seines unteren Totpunkts bewegt.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass beim Erzeugen des Blechvorformteils wenigstens eine Blechformteilkante positionsgenau mit einem vergrößerten Kantenradius vorgeformt wird und dass die vorgeformte Blechformteilkante beim nachfolgenden lokalen elektromagnetischen Nachumformen fertig (d. h. mit finalem Kantenradius) ausgeformt wird. Bevorzugt ist der vergrößerte Kantenradius am Blechvorformteil (an der Außenseite) wenigstens um das 2-fache, besonders bevorzugt wenigstens um das 5-fache und insbesondere wenigstens um das 10-fache größer als der finale Kantenradius der zu erzeugenden Blechformteilkante.
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Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass das erzeugte Blechvorformteil im Wesentlichen (d. h. bis auf die noch auszuformende Blechformteilkante) fertig geformt ist (d. h. im Wesentlichen die finale Blechformteilgeometrie aufweist), so dass beim lokalen elektromagnetischen Nachumformen nur noch die Blechformteilkante fertig ausgeformt wird, wobei jedoch gegebenenfalls auch am übrigen Blechformteil noch konventionelle Nachformoperationen und/oder Schnittoperationen vorgenommen werden können. Die grundlegende Blechformteilgeometrie kann also durch konventionelles Umformen des Blechmaterials in wenigstens einem pressengebundenen Blechbearbeitungswerkzeug erzeugt werden, wohingegen die Blechformteilkante bzw. deren finale Geometrie durch lokales elektromagnetisches Umformen bzw. Nachumformen des Blechmaterials erzeugt wird.
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Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass das Blechmaterial zunächst in einem oder in mehreren pressengebundenen Blechbearbeitungswerkzeugen, insbesondere durch konventionelles Umformen, zu einem Blechvorformteil geformt wird, wobei das Blechmaterial im Bereich der zu erzeugenden Blechformteilkante mit einem vergrößerten Kantenradius (wie obenstehend erläutert) vorgeformt wird. Anschließend wird das, insbesondere im Wesentlichen fertig geformte und somit die finale Blechformteilgeometrie aufweisende, Blechvorformteil in ein nachfolgendes pressengebundenes Blechbearbeitungswerkzeug eingelegt, in dem dann nur noch die Blechformteilkante durch lokales elektromagnetisches Nachumformen des mit vergrößertem Kantenradius vorumgeformten Blechmaterials ausgeformt wird.
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Die Erfindung eignet sich für nahezu jedes umformbare Blechmaterial. Bevorzugt handelt sich bei dem verwendeten Blechmaterial jedoch um ein Stahlblech und insbesondere um ein Aluminiumblech. Insbesondere bei einem Aluminiumblech erweist sich die erfindungsgemäße Verfahrensweise als sehr vorteilig, da sich ohne Ausdünnung kleine Kantenradien erzeugen lassen. Das Aluminiumblech weist bevorzugt ein Blechdicke von 0,8 mm bis 1,6 mm und insbesondere von 1,0 mm bis 1,4 mm auf.
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Ein erfindungsgemäßes Blechbearbeitungswerkzeug ist für die Verwendung in einer Presse ausgebildet und weist demgemäß ein Werkzeugoberteil und ein Werkzeugunterteil auf. Das erfindungsgemäße Blechbearbeitungswerkzeug ist weitgehend wie ein konventionelles Blechbearbeitungswerkzeug, vorzugsweise wie ein Form- und insbesondere wie ein Ziehwerkzeug (bspw. Tiefziehwerkzeug und/oder Streckziehwerkzeug) und/oder wie ein Schneidwerkzeug, aufgebaut. Es ist vorgesehen, dass das erfindungsgemäße Blechbearbeitungswerkzeug ferner wenigstens eine Vorrichtung zum lokalen elektromagnetischen Umformen bzw. Nachumformen eines Blechmaterials zur Erzeugung wenigstens einer Blechformteilkante umfasst, wobei diese Vorrichtung wenigstens eine im Werkzeugoberteil oder im Werkzeugunterteil angeordnete Spuleneinrichtung und wenigstens eine gegenüberliegend im anderen Werkzeugteil angeordnete Gesenkeinrichtung mit einer Gravur, die die Form der zu erzeugenden Blechformteilkante vorgibt (bspw. eine sich längserstreckende Kerbe oder Sicke), aufweist. Die Spuleneinrichtung und/oder die Gesenkeinrichtung können auswechselbar im Blechbearbeitungswerkzeug angeordnet sein. Bevorzugt handelt es sich bei der Spuleneinrichtung nicht um eine Ring- oder Flachspule. Bevorzugt weist die Spuleneinrichtung einen einzelnen (gegebenenfalls auch mehrteilig ausgebildeten) und dem Verlauf der zu erzeugenden Blechformteilkante folgenden Spulenarm auf.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass mit dem erfindungsgemäßen Blechbearbeitungswerkzeug sowohl ein elektromagnetisches Erzeugen wenigstens einer Blechformteilkante (durch Nachumformen des Blechmaterials) möglich ist als auch weitere konventionelle Umform- bzw. Nachform- und/oder Schneioperationen möglich sind, wofür das erfindungsgemäße Blechbearbeitungswerkzeug entsprechend ausgestaltet ist. Sofern keine solchen Umform- und/oder Schneidoperationen vorgesehen sind, kann ein erfindungsgemäßes Blechbearbeitungswerkzeug im Wesentlichen identisch wie das direkt vorausgehende Blechbearbeitungswerkzeug innerhalb der selben Fertigungslinie (wie nachfolgend noch näher erläutert) ausgestaltet sein. Dadurch können die Entwicklungs- und Fertigungskosten für ein erfindungsgemäßes Blechbearbeitungswerkzeug reduziert werden.
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Eine erfindungsgemäße Fertigungslinie zur Herstellung eines Blechformteils, wobei das herzustellende Blechformteil wenigstens eine Blechformteilkante aufweist bzw. aufweisen soll, umfasst mehrere pressengebundene Blechbearbeitungswerkzeuge, wobei wenigstens eines dieser Blechbearbeitungswerkzeuge ein erfindungsgemäßes Blechbearbeitungswerkzeug zum lokalen elektromagnetischen Umformen bzw. Nach umformen eines Blechmaterials zur Erzeugung wenigstens einer Blechformteilkante gemäß den vorausgehenden Erläuterungen ist. Bei der erfindungsgemäßen Fertigungslinie handelt es sich insbesondere um eine Pressenstraße oder Großteilstufenpresse. Das erfindungsgemäße Werkzeug ist bevorzugt in der letzten und/oder vorletzten Pressenstufe angeordnet.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren in nicht einschränkender Weise näher erläutert. Die in den Figuren gezeigten und/oder nachfolgend erläuterten Merkmale können, unabhängig von konkreten Merkmalskombinationen, allgemeine Merkmale der Erfindung sein.
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1 zeigt ein erfindungsgemäß hergestelltes Blechformteil.
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2 zeigt ein Blechbearbeitungswerkzeug zur Herstellung des in 1 dargestellten Blechformteils.
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3 zeigt einen Teilausschnitt aus dem in 2 dargestellten Blechbearbeitungswerkzeug.
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1 zeigt eine äußere PKW-Frontklappe 10, die aus einem Blechmaterial B, insbesondere einem Aluminiumblech, gebildet ist. Die Frontklappe 10 weist zwei eingeformte Blechformteilkanten 12a und 12b mit einem linienartigen räumlichem Verlauf bzw. einer 3D-Geometrie auf. Anhand der 2 und 3 wird nachfolgend die erfindungsgemäße Herstellung der Frontklappe 10 erläutert.
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2 zeigt ein zu einem erfindungsgemäßen Blechbearbeitungswerkzeug 100 gehörendes Werkzeugunterteil 110. Das Werkzeugunterteil 110 umfasst einen unteren Werkzeugrahmen 112, in dem ein formgebender Werkzeugstempel 114 aufgenommen ist. Dessen Werkzeugwirkfläche ist mit 115 bezeichnet. Das Blechbearbeitungswerkzeug 100 ist weitgehend wie ein konventionelles Tiefziehwerkzeug für die Verwendung in einer Presse aufgebaut. Erfindungsgemäß sind im Werkzeugstempel 114 zwei als Spulenarme (bzw. Stabspulen) 210a und 210b ausgebildete Spuleneinrichtungen angeordnet, mit denen die Blechformteilkanten 12a und 12b durch lokales elektromagnetisches Umformen bzw. Nachformen des Blechmaterials B erzeugbar sind. Die Spulenarme 210a und 210b sind also in einer konventionellen Werkzeugumgebung verbaut.
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3 zeigt einen Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Blechbearbeitungswerkzeug 100, wobei ein Spulenarm 210 in einer Schnittdarstellung dargestellt ist. Der Spulenarm 210 ist im Werkzeugstempel 114 eingebettet, ohne über dessen Werkzeugfläche 115 überzustehen, so dass Abzeichnungen des Spulenarms 210 auf dem Blechmaterial B verhindert werden, und ist durch die Zwischenschicht 213 (bspw. einem Harzmaterial) gegenüber dem Werkzeugstempel 114 elektrisch isoliert. Mit 124 ist eine zum Werkzeugoberteil 120 gehörende Matrize bezeichnet. Die Matrize 124 weist eine Werkzeugwirkfläche 125 auf. In der Matrize 124 ist dem Spulenarm 210 gegenüberliegend eine Gesenkeinrichtung 220 mit einer formgebenden Gravur in Gestalt einer linienförmigen Einkerbung 222 angeordnet. Der Spulenarm 210 und die Gesenkeinrichtung 220 können ausgebaut werden.
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Die Spuleneinrichtung bzw. der Spulenarm 210 und die Gesenkeinrichtung 220 bilden eine im erfindungsgemäßen Blechbearbeitungswerkzeug 100 angeordnete Vorrichtung 200 zum lokalen elektromagnetischen Umformen des Blechmaterials B für die Erzeugung einer Blechformteilkante 12. Bei entsprechender Ausgestaltung können auch mehrere nebeneinanderliegende Blechformteilkanten erzeugt werden. Die Darstellung in der 3 zeigt den Zustand kurz nach dem elektromagnetischen Umformen, wobei sich das Werkzeugoberteil 120 im Wesentlichen noch im unteren Totpunkt (UT) befindet.
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Zur Herstellung der Frontklappe 10 wird das bspw. als Coilband oder Platinen bereitgestellte Blechmaterial B zunächst in einem oder in mehreren konventionellen pressengebundenen Blechbearbeitungswerkzeugen zu einem Blechvorformteil geformt, wobei das Blechmaterial B im Bereich einer zu erzeugenden Blechformteilkante 12 mit einem vergrößerten Kantenradius vorgeformt wird, wie mit dem Bezugszeichen 12' veranschaulicht. Das bezüglich der finalen Bauteilgeometrie im Wesentlichen fertig geformte und somit die finale Blechformteilgeometrie aufweisende Blechvorformteil wird nun in das in der 3 gezeigte Blechbearbeitungswerkzeug 100 eingelegt, woraufhin dieses durch pressenbetätigtes Absenken des Werkzeugoberteils 120 geschlossen wird. Beim Schließen des Blechbearbeitungswerkzeugs 100 wird das Blechmaterial B zumindest in dem die vorgeformte Blechformteilkante 12' umgebenden Bereich zwischen den Werkzeugwirkflächen 115 und 125 eingeklemmt, wodurch eine definierte Flächenpressung aufgebracht wird.
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Durch impulsartiges Bestromen des Spulenarms 210 (mit bis zu mehreren Hundert Kiloampere) wird nun eine elektromagnetische Druckkraft erzeugt, welche das zwischen dem Spulenarm 210 und der Gesenkeinrichtung 220 befindliche und mit einem vergrößerten Kantenradius vorgeformte Blechmaterial B (siehe gepunktet dargestellte Bogenlinie 12') vom Spulenarm 210 weggedrückt bzw. wegbeschleunigt und in die gegenüberliegende Gravur 222 der Gesenkeinrichtung 220 hineindrückt. Hierbei wird die Blechformteilkante 12 mit hoher Genauigkeit, Detailtreue und Präzision fertig ausgeformt, wobei an der der Gravur 222 zugewandten Blechseite die Blechformteilkanten-Außenseite gebildet wird. In analoger Weise werden gleichzeitig auch die anderen Blechformteilkanten ausgeformt.
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Das Prinzip des elektromagnetischen Umformens wird erfindungsgemäß dazu genutzt, innerhalb bzw. im Inneren eines pressengebunden Blechbearbeitungswerkzeugs 100 das Blechmaterial B im Bereich einer zu erzeugenden Blechformteilkante 12 lokal zu verformen.
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Die Blechformteilkante 12 (bzw. 12a/b) wird quasi durch elektromagnetisches Nachumformen des Blechmaterials B erzeugt, nachdem zuvor ein konventioneller Umformprozess stattgefunden hat. Nach Öffnen des Blechbearbeitungswerkzeugs 100 kann die fertige Frontklappe 10 entnommen und gegebenenfalls in einer Folgeoperation noch beschnitten werden. Weitere Umformoperationen sind für gewöhnlich nicht mehr vorgesehen.
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Bezogen auf die in 3 gezeigte Darstellung kann der Formungsweg bzw. die Formungstiefe des Blechmaterials B beim Nachumformen der vorgeformten Blechformteilkante 12' wenige Zehntel Millimeter bis hin zu mehreren Millimetern betragen. Das Blechmaterial B erfährt hierbei eine gleichmäßige lokale Umformung bzw. Dehnung, ohne dass es zu lokalen Einschnürungen kommt. Die Prozesszeit für das elektromagnetische Umformen bzw. Nachumformen beträgt in etwa nur 20 μsec bis 40 μsec, so dass kurze Taktzeiten ermöglicht werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011115219 A1 [0004]
