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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Werkzeug zum Herstellen einer Mehrzahl bereichsweise verschiedener Bauteile, sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Werkzeugs.
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Aus der deutschen Gebrauchsmusterschrift
DE 20 2009 011 968 U1 ist ein Werkzeug-Bausatz bekannt, mit dem ein Sensorhalter für Kfz-Stoßfänger im Kunststoff-Spritzgussverfahren herstellbar ist. Der Werkzeug-Bausatz weist einen Grundeinsatz und ein Wechselmodul auf, sodass in einfacher Weise eine Sensorhalter-Geometrie hergestellt werden kann, der eine durch den Grundeinsatz definierte, unveränderliche Geometrie einer Halterung aufweisen kann, wobei andere Bereiche des Sensorhalters auf eine jeweilige Kfz-Stoßfängerserie flexibel angepasst werden können. Bekannt ist es weiterhin, Metall-Kunststoff-Hybridbauteile herzustellen, indem ein metallischer Einleger in ein Spritzgieß-Werkzeug eingelegt und dann mit Kunststoff unter Ausbildung einzelner Funktionselemente umspritzt wird. Es ist auch bei der Ausbildung eines Stoßfängers bekannt, zur Darstellung einer möglichst großen Variantenvielfalt bei kleinstmöglichem apparativen Aufwand ein Werkzeug-Basismodul bereitzustellen, an dem ein auswechselbarer Werkzeugeinsatz angeordnet wird, welcher jeweils die von der Grundform abweichende Teilform der Variante trägt. Bauteile, welche eine Trägerfunktion in einem Kraftfahrzeug erfüllen, beispielsweise Cockpit-Querträger, und welche hierzu bevorzugt einen metallischen Träger aufweisen, werden jedoch bisher noch stets in speziell auf bestimmte Karosserie-Varianten abgestimmten Werkzeugen hergestellt. Dies ist aufwändig und kostenintensiv.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie ein Werkzeug zum Herstellen einer Mehrzahl bereichsweise verschiedener Bauteile und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Werkzeugs zu schaffen, wobei die genannten Nachteile nicht auftreten. Die Aufgabe wird gelöst, indem die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche geschaffen werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein Verfahren zum Herstellen einer Mehrzahl bereichsweise verschiedener Bauteile geschaffen wird, welches folgende Schritte aufweist: Es wird eine für alle herzustellenden Bauteile gleiche Basisform bereitgestellt, welche einen – vorzugsweise metallischen – Träger aufweist, und es wird wenigstens ein spezifischer Werkzeugeinsatz ausgewählt, der eingerichtet ist zur Herstellung eines spezifischen Bauteils aus einer Mehrzahl bereichsweise verschiedener Bauteile, und wobei der spezifische Werkzeugeinsatz weiter eingerichtet ist, um in einer Kavität eines Spritzgießwerkzeugs angeordnet zu werden. Der wenigstens eine spezifische Werkzeugeinsatz wird in einer Kavität eines Spritzgießwerkzeugs angeordnet. Die Basisform wird in der Kavität des Spritzgießwerkzeugs angeordnet, und es wird wenigstens eine spezifische Anspritzung an die Basisform in dem Spritzgießwerkzeug angespritzt. Auf diese Weise kann ein Bauteil mit Trägerfunktion, insbesondere für den Kraftfahrzeug-Rohbau, in einfacher Weise hergestellt werden, wobei die für alle möglichen Varianten gleiche Basisform bereitgestellt wird, und wobei in einfacher Weise an diese Basisform jeweilige konstruktive Varianten angebunden werden. Es ist so möglich, in kurzer Zeit Prototypen und Kleinserien in einer einzigen Herstellungsvorrichtung zu erzeugen, wodurch die Auslastung der Vorrichtung aufgrund des einfachen Austauschs der spezifischen Werkzeugeinsätze, welche eine Teilform der Kavität aufweisen, maximiert wird. Mit einem einzigen Werkzeug, schlicht durch Auswechseln der spezifischen Werkzeugeinsätze, kann eine Vielzahl von Varianten eines Bauteils erzeugt werden, wodurch sich eine Reduzierung der notwendigen Werkzeuge und eine Kostenreduzierung ergibt.
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Unter einer Basisform wird insbesondere eine stets gleiche Grundversion, insbesondere Grundgeometrie, des Bauteils bezeichnet, welche für alle herzustellenden, bereichsweise verschiedenen Bauteile gleich ist. Diese Basisform umfasst insbesondere den Träger, der vorzugsweise metallisch ausgebildet ist. Es ist optional möglich, dass die Basisform auch wenigstens eine Anspritzung bereits aufweist, die für alle herzustellenden Varianten von Bauteilen gleich ist.
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Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass im Rahmen des Verfahrens wenigstens eine für alle herzustellenden Varianten von Bauteilen gleiche Anspritzung zusammen mit der wenigstens einen spezifischen Anspritzung in dem Spritzgießwerkzeug an die Basisform angespritzt wird. Die der konkreten konstruktiven Variante zugeordneten Anspritzungen werden also in dem Spritzgießverfahren bevorzugt gemeinsam mit den übrigen, für alle Varianten gleichen Anspritzungen hergestellt. Dies vereinfacht das Verfahren und ermöglicht sehr schnelle Prozesszeiten. Die Werkzeugkavität weist dann sowohl unveränderliche Bereiche für die stets gleichen Anspritzungen, als auch durch Anordnen des wenigstens einen spezifischen Werkzeugeinsatz variierende Bereiche auf, welche für die variantenspezifischen Anspritzungen vorgesehen sind.
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Unter einer Anspritzung wird insbesondere ein räumlich-geometrischer Bereich bezeichnet, der an dem Bauteil durch Anspritzen von einem Spritzgießmaterial an den Träger erzeugt wird. Bei einer Anspritzung kann es sich insbesondere auch um eine Umspritzung handeln, wobei eine Umspritzung insbesondere dann gegeben ist, wenn der Träger – entlang einer Umfangslinie – vollständig umspritzt wird.
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Unter Spritzgießen wird hier sowohl Metallpulverspritzgießen als auch Kunststoffspritzgießen verstanden. Besonders bevorzugt wird im Rahmen des Verfahrens ein Metall-Kunststoff-Hybridbauteil erzeugt, indem ein metallischer Träger mit der Basisform oder als Basisform bereitgestellt wird, der dann in dem Spritzgießwerkzeug zumindest bereichsweise mit Kunststoff umspritzt wird.
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Im Rahmen des Verfahrens wird bevorzugt ein Bauteil erhalten, indem die Basisform in dem Spritzgießwerkzeug mit wenigstens einer Anspritzung versehen wird. Vorzugsweise wird im Rahmen des Verfahrens eine Mehrzahl bereichsweise verschiedener Bauteile erhalten.
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Dass die Basisform bereitgestellt wird, bedeutet insbesondere, dass eine in einem vorgelagerten Verfahren hergestellte Basisform verwendet wird. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, dass die Basisform in einem vorgelagerten Verfahrensschritt im Rahmen des Verfahrens hergestellt, oder dass in einem vorgelagerten Verfahrensschritt im Rahmen des Verfahrens eine zuvor hergestellte Basisform verändert wird, beispielsweise umgeformt, oder in einem vorgelagerten Spritzgießprozess mit Anspritzungen oder Umspritzungen versehen wird.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Basisform hergestellt wird, indem ein metallischer Hohlprofilträger hergestellt wird, wodurch in zugleich einfacher und kostengünstiger Weise ein besonders stabiler Träger bereitgestellt werden kann. Besonders bevorzugt wird der Hohlprofilträger durch Innenhochdruckumformen hergestellt, indem er insbesondere durch Innenhochdruckumformen in seine Endform gebracht wird. Dies stellt eine ebenso einfache wie flexible und kostengünstige Version der Herstellung eines Hohlprofilträgers dar.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass verschiedene Varianten eines Bauteils für ein bestimmtes Kraftfahrzeug-Modell in verschiedenen spezifischen Ausprägungen hergestellt werden. Es existiert also ein bestimmtes, generisches Kraftfahrzeug-Modell, für das verschiedene, spezifische Ausprägungen oder Varianten existieren, welche verschiedene Varianten des Bauteils benötigen. Bei den verschiedenen, spezifischen Ausprägungen des Kraftfahrzeug-Modells kann es sich beispielsweise um Untermodelle handeln, beispielsweise um eine Version des Kraftfahrzeug-Modells mit festem Dach, mit Hardtop, oder einem Cabriolet. Insbesondere Träger im Karosserie-Rohbau müssen beispielsweise für Versionen von Kraftfahrzeug-Modellen mit festem Dach, mit Hardtop, oder als Cabriolet ausgestaltete Modellversionen verschieden ausgestaltet sein, weil sie verschiedene Kräfte aufnehmen müssen. Insbesondere eine Kraftfahrzeug-Karosserie, die zur Verwendung eines Stoff-Dachs bestimmt ist, muss durch ihre Träger eine höhere Verwindungssteifigkeit aufbringen als eine Karosserie, die integral ein festes Dach aufweist und hierüber zusätzliche Stabilität erhält. Dies wirkt sich selbstverständlich konstruktiv auf die Ausgestaltung von Trägern im Kraftfahrzeug-Rohbau aus, sodass diese variantenspezifisch ausfallen. Dabei bleiben jedoch bevorzugt bestimmte Bereiche stets gleich, während andere Bereiche abgewandelt werden müssen.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass im Rahmen des Verfahrens eine Mehrzahl bereichsweise verschiedene Cockpit-Querträger hergestellt wird. Insbesondere der Cockpit-Querträger unterscheidet sich in verschiedenen spezifischen Ausprägungen oder Untermodellen eines bestimmten, generischen Kraftfahrzeug-Modells. Daher verwirklichen sich die Vorteile des Verfahrens in besonderer Weise in Zusammenhang mit der Herstellung einer Mehrzahl verschiedener Cockpit-Querträger.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Basisform so gewählt wird, dass ein Übergang von der Basisform zu der wenigstens einen spezifischen Anspritzung für alle herzustellenden spezifischen Ausprägungen gleich ist. Dies ermöglicht eine sehr einfache Ausgestaltung eines Werkzeugs zur Herstellung der Mehrzahl bereichsweise verschiedener Bauteile, wobei in einfacher Weise Übergänge zwischen einer für alle Varianten gleichen Grundform der Werkzeugkavität und Wechselbereichen für die verschiedenen, spezifischen Werkzeugeinsätze geschaffen werden können. Bei der Konzeption der herzustellenden Bauteile und insbesondere der Basisform wird daher auf einen exakten Trennungsverlauf und genaue, geeignete Übergänge zu variablen Formbereichen geachtet, wobei diese Übergänge für alle Varianten gleich sein sollen.
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Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Werkzeug zur Herstellung einer Mehrzahl bereichsweise verschiedener Bauteile geschaffen wird, wobei das Werkzeug bevorzugt eingerichtet ist zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. Das Werkzeug weist eine Kavität auf, die eingerichtet ist zum Einlegen eines Werkstücks, insbesondere einer für alle herzustellenden Bauteile gleichen Basisform, und zum Anspritzen von wenigstens einer Anspritzung an das Werkzeug. Dabei weist die Kavität eine Grundform auf, sowie wenigstens einen Wechselbereich, in dem wahlweise eine Mehrzahl spezifischer Werkzeugeinsätze zum Erzeugen einer Mehrzahl verschiedener Anspritzungen anordenbar ist. In Zusammenhang mit dem Werkzeug verwirklichen sich insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert wurden.
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Die Grundform ist insbesondere eingerichtet zum Erzeugen wenigstens einer unveränderlichen Grundanspritzung an der Basisform, insbesondere an dem metallischen Träger. Auf diese Weise weist die Kavität insbesondere bevorzugt Bereiche auf, um wenigstens zwei Anspritzungen vorzusehen, nämlich die unveränderliche Grundanspritzung im Bereich der Grundform, und eine spezifische Anspritzung im Bereich eines spezifischen Werkzeugeinsatzes. Es können so in dem Werkzeug zugleich in einfacher, schneller und kostengünstiger Weise sowohl spezifische als auch stets gleiche Anspritzungen an dem Träger oder der Basisform erzeugt werden.
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Dass die spezifischen Werkzeugeinsätze eingerichtet sind, um eine Mehrzahl verschiedener Anspritzungen zu erzeugen, schließt ein, dass es wenigstens einen spezifischen Werkzeugeinsatz geben kann, welcher eingerichtet ist, um im Bereich des spezifischen Werkzeugeinsatzes keine Einspritzung zu erzeugen. Ein solcher spezifischer Werkzeugeinsatz schließt dann bündig mit der in die Kavität eingelegten Basisform bei geschlossener Kavität ab, sodass hier kein Kunststoff an die Basisform herangelangen kann. Auf diese Weise ist es dann möglich, für verschiedene Bauteilvarianten in einem lokal begrenzten Bereich entweder – beispielsweise bei einer ersten Variante – eine Anspritzung zu erzeugen, oder – bei einer zweiten Variante – keine Anspritzung zu erzeugen. Hierfür kann dann insbesondere ein spezifischer Werkzeugeinsatz der zur Ausbildung einer bestimmten Anspritzung vorgesehen ist, getauscht werden gegen einen spezifischen Werkzeugeinsatz, der vorgesehen ist, um die Basisform in dem Bereich des spezifischen Werkzeugeinsatzes freizuhalten von jeglicher Anspritzung. Diese Ausgestaltung erhöht die Flexibilität des Verfahrens.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Werkzeug eine Mehrzahl verschiedener Werkzeugeinsätze zum Erzeugen einer Mehrzahl verschiedener Ausspritzungen aufweist. Das Werkzeug ist also insgesamt als Werkzeug-Bausatz ausgebildet, wobei es neben der Grundform der Kavität eine Mehrzahl spezifischer Werkzeugeinsätze aufweist, die bedarfsgerecht ausgewählt werden können.
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Die Aufgabe wird schließlich auch gelöst, indem ein Verfahren zum Herstellen eines Werkzeugs geschaffen wird, insbesondere zum Herstellen eines Werkzeugs nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele. Dabei ist vorgesehen, dass die Grundform und der wenigstens eine Wechselbereich so ausgelegt werden, dass ein Übergang von der Grundform zu den spezifischen Werkzeugeinsätzen in dem Wechselbereich für alle spezifischen Werkzeugeinsätze gleich ist. Dies vereinfacht das Verfahren erheblich. Insbesondere sind keine zusätzlichen Bauteile nötig, um Übergänge zwischen der Grundform und spezifischen Werkzeugeinsätzen zu schaffen. Es wird dabei auf einen exakten Trennungsverlauf geachtet, sowie darauf, dass der Übergang von dem feststehenden Bereich zu variablen Formbereichen gleich gestaltet ist.
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Die Beschreibung der verschiedenen Verfahren und des Werkzeugs sind komplementär zueinander zu verstehen. Insbesondere sind Merkmale des Werkzeugs, die explizit oder implizit in Zusammenhang mit einem der Verfahren beschrieben wurden, bevorzugt einzeln oder miteinander kombiniert Merkmale eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des Werkzeugs. Verfahrensschritte, die explizit oder implizit in Zusammenhang mit dem Werkzeug beschrieben wurden, sind einzeln oder miteinander kombiniert Schritte einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens. Die Verfahren zeichnen sich vorzugsweise durch wenigstens einen Verfahrensschritt aus, der durch wenigstens ein Merkmal eines erfindungsgemäßen oder bevorzugten Ausführungsbeispiels des Werkzeugs bedingt ist. Das Werkzeug zeichnet sich bevorzugt durch wenigstens ein Merkmal aus, welches durch wenigstens einen Verfahrensschritt einer erfindungsgemäßen oder bevorzugten Ausführungsform eines der Verfahren bedingt ist.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur zwei verschiedene Varianten eines Bauteils, welches mittels einer Ausführungsform des Verfahrens sowie mittels eines Ausführungsbeispiels des Werkzeugs zum Herstellen einer Mehrzahl bereichsweise verschiedener Bauteile herstellbar ist.
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Die einzige Figur zeigt bei a) eine erste Variante eines Bauteils 1 und bei b) eine zweite Variante des Bauteils 1, wobei die beiden Varianten des Bauteils 1 eine für beide Varianten gleiche Basisform 3 aufweisen, die hier als metallischer Träger 5 ausgebildet ist. Der metallische Träger ist insbesondere ein metallischer Hohlprofilträger, der besonders bevorzugt durch Innenhochdruckumformen hergestellt ist.
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Im Rahmen des Verfahrens wird dieser metallische Träger 5 als Basisform 3 bevorzugt in eine Kavität eines Spritzgießwerkzeugs eingebracht, wobei dieses Spritzgießwerkzeug eine Kavität aufweist, die ihrerseits eine Grundform aufweist, die insbesondere Ausformungen für stets gleiche Anspritzungen 7 an die Basisform 3 aufweist.
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Die Kavität weist außerdem wenigstens einen Wechselbereich auf, in dem spezifische Werkzeugeinsätze zum Erzeugen einer Mehrzahl verschiedener Anspritzungen auswechselbar und alternativ zueinander anordenbar sind.
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Dabei sind hier geeignete Trennstellen oder Übergänge 9 angedeutet, wo die Grundform in wenigstens einen Wechselbereich übergeht, und wo spezifische Werkzeugeinsätze dann zum Einsatz kommen können, um spezifische Anspritzungen, die hier allgemein mit dem Bezugszeichen 11 bezeichnet sind, anzuspritzen. Die Übergänge 9 sind dabei für alle Bauteilvarianten des Bauteils 1 gleichgestaltet.
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In der Figur unterscheiden sich dabei die beiden bei a) und b) dargestellten Bauteile 1 nur in den Geometriebereichen, die unterhalb der Übergänge 9 angeordnet sind.
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Die verschiedenen Varianten des Bauteils 1 können ohne weiteres in ein und demselben Werkzeug, insbesondere in ein und demselben Spritzgießwerkzeug, hergestellt werden, indem spezifische Werkzeugeinsätze in dem wenigstens einen Wechselbereich zum Anspritzen der spezifischen Anspritzungen 11 verwendet werden.
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Die stets gleichen Anspritzungen 7 können in einem gleichen oder selben Spritzgussprozess, insbesondere gleichzeitig mit den spezifischen Anspritzungen 11, im Bereich der Grundform der Kavität angespritzt werden.
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Es ist allerdings auch möglich, dass zumindest eine für alle Varianten gleiche Anspritzung 7 bereits mit der Basisform, also mit dem metallischen Träger 5 bereitgestellt wird, wobei dann im Rahmen des Verfahrens gegebenenfalls nur noch spezifische Anspritzungen 11 oder wenigstens eine spezifische Anspritzung 11 und wenigstens eine zusätzliche, gleiche Anspritzung 7 an der Basisform 3 vorgesehen wird.
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Insgesamt zeigt sich, dass mittels des Herstellungsverfahrens für die Mehrzahl bereichsweise verschiedener Bauteile, mittels des Verfahrens zum Herstellen eines Werkzeugs, und mit dem Werkzeug eine Kostenreduzierung durch Reduzierung von Werkzeugen und eine bessere Auslastung von Werkzeugen erreichbar ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202009011968 U1 [0002]
