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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils, insbesondere zum Stanzen von Hohlkörpern, sowie ein Stanzwerkzeug.
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Beim Stanzen von Durchbrüchen oder Löchern auf der dem Stanzstempel gegenüberliegenden Seite wird in der Regel eine Matrize benötigt. Dadurch wird ein „Eindrücken“ des Materials beim Eindringen des Stanzstempels verhindert. Speziell bei Hohlkörpern oder Schweißkonstruktionen, bei denen das Einbringen einer Matrize auf der Gegenseite aufgrund von geometrischen Randbedingungen (z. B. Umformungen oder Querschnittsveränderungen) nicht möglich ist, stoßen gewöhnliche Stanzverfahren allerdings an ihre Grenzen. Meist werden dann alternative Verfahren eingesetzt, wie z. B. Lasern, Brennschneiden oder Wasserstrahlen. Diese gehen allerdings mit sehr hohen Kosten, insbesondere mit sehr hohen Investitionskosten, einher.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils, insbesondere zum Stanzen, sowie ein Stanzwerkzeug anzugeben, welche kostengünstige und schnelle Stanzoperationen ermöglichen, insbesondere in Hohlkörpern.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Stanzwerkzeug gemäß Anspruch 8 gelöst. Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
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Erfindungsgemäß umfasst ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils, insbesondere zum Stanzen von Hohlkörpern, die Schritte:
- - Bereitstellen eines Bauteils, umfassend einen Stanzbereich, wobei der Stanzbereich ein Hohlkörper oder ein hohler Abschnitt des Bauteils ist, in welchem eine Stanzoperation durchgeführt werden soll;
- - Zumindest bereichsweise Aussteifen, Verspannen und/oder Abstützen des Stanzbereichs von innen;
- - Durchführen zumindest einer Stanzoperation in dem Stanzbereich.
Bei dem Bauteil kann es sich um ein Bauteil oder eine Komponente aus einem Metall, wie Aluminium und/oder Stahl, handeln, gemäß einer Ausführungsform z. B. um eine Schweißkonstruktion oder ein IHU-Bauteil (innenhochdruckumgeformt). Insbesondere handelt es sich bei dem Bauteil um einen Hohlkörper bzw. um ein Bauteil, das einen Hohlkörper umfasst bzw. einen hohlen Abschnitt oder dergleichen aufweist. Hinsichtlich der Form des hohlen Abschnitts bzw. des Hohlkörpers sind vorliegend keine Grenzen gesetzt. In der Regel ist der Hohlkörper derart ausgebildet, dass er zumindest eine oder zwei Öffnungen/Zugänge aufweist, welche einen Zugang in das Innere des Hohlkörpers ermöglichen. Mit Vorteil wird nun zumindest einer dieser Zugänge dazu genutzt, den Stanzbereich von innen abzustützen, zu versteifen und/oder zu verspannen etc. In der Folge kann vorteilhafterweise eine Stanzoperation in dem Stanzbereich durchgeführt werden, ohne dass ein Eindrücken oder Einknicken des Bauteils bzw. eines Materials des Bauteils erfolgt. Insbesondere erfolgt das Aussteifen oder Abstützen bzw. Verspannen radial, bevorzugt vollumfänglich, innerhalb des Stanzbereichs.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Einbringen eines Stützelements zum Aussteifen oder Abstützen etc.
Insbesondere ermöglicht bzw. bewirkt das Stützmedium das Aussteifen oder Abstützen bzw. Verspannen des Stanzbereichs von innen. Dabei ist das Stützelement derart ausgelegt bzw. ausgebildet, dass es zur Anordnung in dem Stanzbereich überhaupt geeignet ist. Ermöglicht wird dies mit Vorteil dadurch, dass das Stützelement beispielsweise entsprechend dimensioniert, weich, flexibel, nachgiebig und/oder komprimierbar bzw. allgemein in seiner Größe veränderbar ist.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Aufbringen von Druck durch das Stützelement und/oder Verhärten des Stützelements zum Abstützen etc.
Mit anderen Worten wird durch das Stützelement eine Druckkraft von innen auf den Stanzbereich übertragen, welche insbesondere bevorzugt nach außen bzw. radial, insbesondere vollumfänglich radial, wirkt und einem etwaigen Eindrücken des Bauteils im Stanzbereich beim Durchführen der Stanzoperationen entgegenwirkt bzw. das Bauteil derart vorspannt, dass etwaige ungewollte Umformungen beim Stanzen verhindert werden. Alternativ wird das Stützelement nach der Anordnung im Stanzbereich auch lediglich, insbesondere formschlüssig, innen am Stanzbereich angelegt und ausgehärtet oder verhärtet bzw. in diesem Zustand fixiert, wodurch ebenfalls bewirkt werden kann, dass ein Eindrücken des Bauteils im Stanzbereich beim Stanzen verhindert wird. In beiden Fällen folgt nach dem Anordnen des Stützelements im Stanzbereich ein Aufweiten bzw. allgemein eine Volumenvergrößerung, insbesondere derart, bis das Stützelement zumindest bereichsweise formschlüssig am Stanzbereich derart anliegt, dass ein Eindrücken etc. verhindert werden kann.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Aufbringen des Drucks durch Komprimieren des Stützelements und/oder Einbringen eines Mediums in das Stützelement.
Insbesondere kann das Aufspreizen bzw. die Volumenvergrößerung im Stanzbereich z. B. durch ein Medium, insbesondere ein Fluid, wie eine Flüssigkeit oder ein Gas, erfolgen. Der Druckaufbau kann aber auch durch ein Komprimieren des Stützelements erfolgen, wobei das Stützelement hierbei bevorzugt aus einem entsprechenden Material, beispielsweise einem geeigneten Elastomer, gebildet ist. Das Komprimieren ist in einem ersten Schritt z. B. dazu nötig, dass das Stützelement überhaupt im Stanzbereich angeordnet werden kann. Es muss also zur Anordnung zusammengedrückt bzw. verkleinert werden. Im Stanzbereich erfolgt nun durch dieses „Zusammendrücken“ automatisch ein Verspannen bzw. Aussteifen des Stanzbereichs. Alternativ oder zusätzlich kann ggf. aber ebenfalls eine Druckeinleitung erfolgen bzw. ein weiteres Aushärten des Materials, beispielsweise durch eine Temperatureinleitung oder auch von selbst etc. An dieser Stelle sei erwähnt, dass das Maß der Aussteifung bzw. des Verspannens etc. grundsätzlich vom verwendeten Materialtyp des Bauteils aber auch von den zu bearbeitenden Materialstärken abhängt, sodass bezüglich etwaiger Druckkräfte etc. vorliegend keine genaueren Angaben erfolgen können.
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Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Einbringen der Stützvorrichtung mit einem beweglichen Hilfselement, insbesondere einem Gliederdorn. Zweckmäßigerweise wird dieser auch zum Entfernen, insbesondere zum Herausziehen des Stützelements, verwendet.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Entfernen des Stützelements aus dem Stanzbereich nach dem Durchführen der zumindest einen Stanzoperation.
Insbesondere erfolgt ein zerstörungsfreies Entfernen bzw. Herausziehen des Stützelements aus dem Stanzbereich. Alternativ kann das Verfahren aber auch so geführt werden, dass das Stützelement beim Durchführen der Stanzoperation oder beim Entfernen aus dem Stanzbereich zerstört wird. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn das Stützelement als eine Art Schaum ausgebildet ist, welcher in den Stanzbereich gespritzt wird und dort aushärtet. Damit kann eine sehr einfache Möglichkeit geschaffen werden, den Stanzbereich von innen zu versteifen.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Gleichzeitiges Entfernen eines oder mehrerer Stanzbutzen beim Entfernen des Stützelements.
Zweckmäßigerweise ist das Stützelement derart ausgebildet, dass es den oder die Stanzbutzen bei bzw. nach der Stanzoperation auffängt, mit anderen Worten quasi zwischenlagert, sodass sie auf einfache Weise nach dem Durchführen der ein oder mehreren Stanzoperationen entfernt werden können. Dabei sei erwähnt, dass das Stützelement gemäß einer bevorzugten Ausführungsform als Matrize ausgebildet ist oder zumindest eine Matrize umfasst.
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Insbesondere umfasst das Verfahren zweckmäßigerweise den Schritt:
- - Stanzen von außen nach innen.
Alternativ ist es auch möglich, den Stanzvorgang umgekehrt, also von innen nach außen, durchzuführen. In diesem Fall ist die Matrize außen am Bauteil bzw. am Stanzbereich vorgesehen und es wird innen ein entsprechend konfigurierter Stanzstempel angeordnet. Dabei kann die Bewegung des Stanzstempels nach außen durch die gleiche Druckkraft bzw. Krafteinleitung erfolgen, welche auch zum Betätigen des Stützelements verwendet wird. Insofern kann vorteilhafterweise durch das Verspannen, Aussteifen oder Abstützen des Stanzbereichs nicht nur ein Eindrücken, sondern auch ein Ausbeulen oder dergleichen verhindert werden.
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Die Erfindung richtet sich weiter auf ein Stanzwerkzeug, umfassend ein Stützelement, wobei das Stützelement zumindest zwei Zustände aufweist, wobei das Stützelement in einem ersten Zustand zur Anordnung in einem Stanzbereich ausgelegt ist, wobei der Stanzbereich ein Hohlkörper oder ein hohler Abschnitt eines Bauteils ist, und wobei das Stützelement in einem zweiten Zustand ausgelegt ist, den Stanzbereich von innen zum Durchführen einer Stanzoperation auszusteifen und/oder zu verspannen. Mit Vorteil weist das Stützelement auch einen dritten Zustand auf, in welchem es ausgelegt ist, wieder aus dem Stanzbereich entfernt zu werden. Mit Vorteil ist es mit einem derartigen Stanzwerkzeug möglich, beispielsweise auch umgeformte Hohlkörper zu stanzen, bei denen aktuell das Einführen einer stabilen Matrize nicht möglich ist. In der Folge können so auch komplizierte und eckige Geometrien dargestellt werden, die mit einer mechanischen Bearbeitung nicht möglich sind. Insbesondere können investintensive Alternativanlagen, wie beispielsweise Laser etc., vermieden werden.
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Zweckmäßigerweise ist das Stützelement aus einem flexiblen, elastischen, komprimierbaren und/oder härtbaren Material gebildet oder umfasst ein solches oder solche. Gemäß einer Ausführungsform ist das Stützelement beispielsweise als ein Kissen, insbesondere als ein hohles Kissen, umfassend eine flexible Außenhaut bzw. Außenwand, ausgebildet. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Stützelement aus einem Vollmaterial gebildet, welches entsprechend flexibel bzw. elastisch ausgebildet ist, sodass eine Anordnung auch in schwer zugänglichen Stanzbereichen ermöglicht werden kann. Zusätzlich bzw. alternativ können das Material bzw. bestimmte Abschnitte des Stützelements derart gebildet bzw. gefertigt sein, dass ein Härten des Stützelements ermöglicht wird, wodurch eine Abstützung bzw. Aussteifung oder Verspannung im Stanzbereich ermöglicht wird. Die vorgenannten Ausführungsbeispiele sind nicht abschließend zu verstehen. Entscheidend ist, dass das Stützelement derart ausgebildet bzw. ausgelegt ist, dass es die zumindest zwei, insbesondere drei, vorgenannten Zustände aufweist, welche insbesondere die Anordnung im Stanzbereich und dessen Abstützung bzw. Aussteifung oder Verspannung etc. ermöglichen.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Stützelement zur formschlüssigen Anlage in und/oder an den Stanzbereich ausgelegt. Ermöglicht wird dies insbesondere auch durch die vorgenannten flexiblen, elastischen und/oder komprimierbaren etc. Materialien. Insbesondere wird mit Vorteil ein möglichst vollumfängliches und geschlossenes Abstützen des Stanzbereichs ermöglicht.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Stanzwerkzeug Mittel zum Druckaufbau in dem Stützelement, wodurch die Anlage des Stützelements und/oder ein Formhalten des Stützelements bewirkt werden kann. Zweckmäßigerweise arbeiten die Mittel zum Druckaufbau mit einem Medium, wie einem Fluid, beispielsweise einer Flüssigkeit oder einem Gas, welches derart in das Stützelement geleitet wird bzw. werden kann, dass eine Volumenvergrößerung bzw. in der Folge die Anlage des Stützelements bzw. auch die Abstützung bewirkt werden kann. Alternativ kann der Druckaufbau auch lediglich dahingehend verwendet werden, eine Form des Stützelements, welches bereits möglichst formschlüssig am Stanzbereich anliegt, zu halten.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Stützelement zumindest ein Spannelement sowie eine Kinematik, welche ausgelegt ist, das zumindest eine Spannelement zur Anlage in und/oder an den Stanzbereich zu verlagern bzw. zu verfahren. Insbesondere handelt es sich bei dieser Ausführungsform um eine mechanische Lösung, welche eine Kinematik umfasst, die das Aussteifen bzw. Verspannen des Stanzbereichs ermöglicht.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Stützelement ein flexibles Kunststoffelement, beispielsweise aus einem Elastomer. Weiter bevorzugt ist das flexible Kunststoffelement auch als eine Art Kissen oder Kissenelement ausgebildet, welches insbesondere möglichst formschlüssig von innen an den Stanzbereich anlegbar ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Stützelement als Matrize ausgebildet bzw. umfasst eine Matrize.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Matrize ein Zusatzelement oder ein Einsatz, welcher in dem Stützelement angeordnet oder anordenbar ist. Mit Vorteil ist dieser Einsatz bzw. das Zusatzelement auch austauschbar gestaltet, wodurch unterschiedliche Stanzgeometrien bereitstellbar sind. Das Zusatzelement bzw. der Einsatz kann sich hinsichtlich des Materials vom Stützelement unterscheiden und ist beispielsweise aus einem Metallwerkstoff. Alternativ kann das Stützelement auch eine integrierte Matrize aufweisen oder auch als solches als Matrize wirken, was bedeutet, dass der Stanzstempel beispielsweise in das Stützelement beim Stanzen hineindringt und dieses ggf. verformt, ohne dieses zu zerstören.
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Alternativ ist es aber auch möglich, den Stanzvorgang umgekehrt durchzuführen, d. h. dass die Matrize außen am Hohlkörper sitzt. Eine Bewegung des Stanzstempels erfolgt in diesem Fall von innen nach außen. Zweckmä-ßigerweise ist der Stanzstempel im Stützelement hierzu entsprechend geführt bzw. gehalten und kann auch dessen Kinematik bzw. dessen Wirkprinzipien betreffend die Verlagerung bzw. Aussteifung mit nutzen.
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An dieser Stelle sei erwähnt, dass die im Zusammenhang mit dem Verfahren erwähnten Vorteile und Merkmale analog und entsprechend auch für das Stanzwerkzeug gelten bzw. umgekehrt.
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Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform eines Stanzwerkzeugs bzw. eines Verfahrens zum Herstellen eines Bauteils bzw. zum Stanzen.
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Es zeigen:
- 1: eine perspektivische Ansicht eines Bauteils zur Visualisierung eines Stanzbereichs;
- 2: drei Ansichten, welche einen Ablauf einer Stanzoperation sowie die Wirkungsweise eines Stützelements zeigen.
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1 zeigt ein Bauteil 10, wobei es sich hierbei beispielsweise um eine Fahrwerks- oder Rahmenkomponente eines Fahrwerks eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise eines Personenkraftwagens, handelt. Mit dem Bezugszeichen S ist eine Schnittebene skizziert, welche in einem Stanzbereich 12 des Bauteils 10 angeordnet ist bzw. durch diesen verläuft. Insbesondere handelt es sich bei dem Stanzbereich 12 um denjenigen Bereich, in welchem zumindest eine Stanzoperation durchgeführt werden soll. Ein möglicher Ablauf sowie eine Wirkungsweise eines Stützelements sind in 2 dargestellt.
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2 zeigt in einer linken Ansicht das aus 1 bekannte Bauteil 10 sowie dessen Stanzbereich 12. Innerhalb dessen ist ein Stützelement 20 angeordnet, welches eine als Einsatz bzw. als Zusatzelement ausgebildete Matrize 22 aufweist. Mit dem Bezugszeichen 24 ist ein Schneidelement bzw. ein Schneidteil 24 bezeichnet. Es ist erkennbar, dass das Stützelement sehr klein baut, wodurch es leicht durch das Bauteil 10 und in dem Stanzbereich 12 angeordnet werden kann. In der mittleren Ansicht ist das Stützelement 20 derart vergrößert, dass es, insbesondere vollumfänglich bzw. radial, den Stanzbereich 12 ausfüllt, wodurch ein Abstützen, Verspannen oder Aussteifen des Stanzbereichs 12 bewirkt werden kann. In der Folge wird das Bauteil 10 beim Eindringen des Stanzstempels 24, vgl. die rechte Ansicht, nicht eingedrückt bzw. beschädigt. Im Anschluss an die Stanzoperation kann das Stützelement 20 wieder verkleinert werden und zusammen mit der Matrize 22 bzw. auch einem bei der Stanzoperation entstandenen Stanzbutzen 14 aus dem Bauteil 10 entfernt werden. Zum Aufspreizen des Stützelements kann ein Medium wie ein Fluid, beispielsweise eine Flüssigkeit oder ein Gas, verwendet werden. Das Stützelement 20 kann aber auch derart ausgebildet sein, dass das Verspreizen, Aufweiten bzw. das Verkleinern mechanisch erfolgt, beispielsweise durch Vorhalten einer entsprechenden Kinematik. Weiter bzw. zusätzlich kann auch ein Material des Stützelements 20 derart gewählt sein, dass die Anordnung, das Abstützen bzw. das Entfernen aus dem Bauteil 10 erfolgen kann, beispielsweise indem das Stützelement zumindest bereichsweise aus einem entsprechenden Elastomer gefertigt ist. In der Folge ergeben sich durch die Anwendung dieser Technik neue Möglichkeiten des Stanzens. Es wird möglich, auch in umgeformten Hohlkörpern bzw. schwer zugänglichen Schweißkonstruktionen zu stanzen, bei denen aktuell das Einführen einer stabilen Matrize nicht möglich ist. In der Folge können auch komplizierte und eckige Geometrien dargestellt werden, die mit einer mechanischen Bearbeitung nicht möglich sind. Investintensive Alternativanlagen, wie Laseranlagen, können vorteilhafterweise vermieden werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Bauteil
- 12
- Stanzbereich, Hohlkörper(-Abschnitt), hohler Abschnitt
- 14
- Stanzbutzen
- 20
- Stützelement
- 22
- Zusatzelement, Einsatz, Matrize
- 24
- Schneidelement, Schneidteil
- S
- Schnittebene
