DE102018107413A1

DE102018107413A1 - Verfahren zur Herstellung von einem aus plattenförmigem Material gefertigten Werkstück und Werkstück

Info

Publication number: DE102018107413A1
Application number: DE102018107413.1A
Authority: DE
Inventors: Jens Kappes
Original assignee: Trumpf Werkzeugmaschinen SE and Co KG
Current assignee: Trumpf Werkzeugmaschinen SE and Co KG
Priority date: 2018-03-28
Filing date: 2018-03-28
Publication date: 2019-10-02
Also published as: WO2019185722A1; CN111918728A

Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung von einem aus plattenförmigem Material (12) gefertigten Werkstück (30) sowie ein Werkstück (30), bei welchem in das plattenförmige Material (12) wenigstens ein Umformelement (32) mit einem Werkzeug eingebracht wird, welches zumindest eine Umformzone (33) umfasst, die gegenüber der Ebene (34) des plattenförmigen Materials (12) versetzt ist oder aus dieser Ebene hervortritt und zwischen der Umformzone (32) und der Ebene (34) des plattenförmigen Materials (12) eine Biegelinie (35) gebildet wird, bei dem zum verzugsfreien Einbringen des Umformelementes (33) mittels eines Laserstrahls einer Bearbeitungsmaschine(11) zumindest eine erste Perforation (41) eingebracht wird, wobei die zumindest eine erste Perforation (41) entlang einer in der Ebene (34) des plattenförmigen Materials (12) liegenden Biegelinie (35) verläuft, welche das Umformelement (32) zumindest teilweise umgibt, oder wobei die zumindest eine erste Perforation (41) eine in der Ebene des plattenförmigen Materials (12) liegenden Biegelinie (35) kreuzt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von einem aus einem plattenförmigen Material gefertigten Werkstück mit zumindest einem Umformelement sowie ein Werkstück mit zumindest einem Umformelement.
Aus der DE 298 18 909 U1 ist ein Blechbiegeteil bekannt, welches zumindest eine Biegekante aufweist. Zum zielgerichteten Biegen eines Abschnitts längs einer Biegekante wird in der Biegekante eine Schwächungslinie durch Materialabtragung eingebracht. Eine solche Schwächungslinie kann in Form von einem länglichen Schlitz ausgebildet sein, die mit Abstand zueinander angeordnet sind.
Aus der DE 10 2013 100 273 A1 ist des Weiteren ein Verfahren zum Herstellen von einem aus Blech gefertigten Bauteil bekannt, bei welchem zwei Abschnitte des Bauteils entlang einer Biegelinie gebogen werden. Dabei ist vorgesehen, dass benachbart zur Biegelinie, die ohne Materialschwächung ausgebildet ist, wechselseitig zur Biegelinie Schlitze eingebracht werden, um einen definierten Biege- und Torsionsabschnittsbereich bereitzustellen.
Beim Einbringen von Umformelementen in ein plattenförmiges Material, bei welchem ein vertiefter Bereich gegenüber der Ebene des plattenförmigen Materials ausgebildet wird, kann es zu einem unerwünschten Verzug des Werkstückes kommen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von einem aus plattenförmigem Material gefertigten Werkstück mit zumindest einem Umformelement sowie ein Werkstück mit zumindest einem Umformelement vorzuschlagen, bei welchem die beim Umformen eingebrachten Eigenspannungen reduziert und somit ein Bauteilverzug minimiert wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung von einem aus plattenförmigem Material gefertigten Werkstück gelöst, bei dem in das plattenförmige Material wenigstens ein Umformelement mit zumindest einem Werkzeug eingebracht wird, welches zumindest einen Umformbereich oder eine Umformzone umfasst, der bzw. die gegenüber der Ebene des plattenförmigen Materials versetzt ist oder gegenüber der Ebene des plattenförmigen Materials hervortritt, bei dem zwischen dem Umformbereich und der Ebene des plattenförmigen Materials eine Biegelinie gebildet wird und bei dem zum verzugsfreien Einbringen des Umformelementes mittels eines Laserstrahls einer Bearbeitungsmaschine zumindest eine erste Perforation eingebracht wird, wobei die zumindest eine erste Perforation zumindest teilweise entlang einer in der Ebene des plattenförmigen Materials liegenden Biegelinie verläuft, welche das Umformelement zumindest teilweise umgibt, oder wobei die zumindest eine erste Perforation eine in der Ebene des plattenförmigen Materials liegende Biegelinie kreuzt. Sowohl durch die erste als auch durch die zweite Alternative wird ermöglicht, dass beim Einbringen des zumindest einen Umformelementes mit wenigstens einer Umformzone ein durch Eigenspannungen während des Umformens resultierender Verzug reduziert oder sogar verhindert werden kann. Dadurch wird eine erhöhte Präzision bei der Herstellung von Werkstücken ermöglicht. Diese erhöhte Präzision kann beispielsweise darin liegen, dass eine erhöhte Ebenheit der Bauteile oder eine präzisere Ausrichtung der zumindest einen Umformzone ermöglicht wird.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass zumindest eine weitere Perforation entlang einer Konturlinie eingebracht wird, welche außerhalb der Biegelinie des zumindest einen Umformelementes verläuft und dieser Biegelinie zumindest teilweise folgt. Bevorzugt ist diese zumindest eine weitere Perforation ergänzend zu der ersten Perforation vorgesehen, welche in der Biegelinie liegt. Bevorzugt erstreckt sich die zumindest eine weitere Perforation entsprechend der ersten Perforation. Auch kann in Abhängigkeit der Gestaltung des Werkstückes die weitere Perforation einen größeren Umfang oder eine größere Länge als die erste Perforation aufweisen. Auch kann die weitere Perforation gegenüber der ersten Perforation verkürzt sein.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass die Konturlinie der weiteren Perforation als eine das Umformelement oder mehrere aneinander gereihte oder zusammenhängende Umformelemente umgebende Umhüllende ausgebildet ist. Dadurch werden Eigenspannung zwischen dem plattenförmigen Material und dem bzw. den Umformelementen eliminiert, so dass das plattenförmige Material für das Einbringen eines benachbarten weiteren Werkstücks mit zumindest einem Umformelement ohne Eigenspannungen aufgrund des zuvor eingebrachten benachbarten Werkstücks hergestellt werden kann.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass die entlang der Biegelinie verlaufende Perforation durch Schlitze gebildet ist und die weitere Perforation entlang der Konturlinie, die ebenfalls durch Schlitze gebildet wird, derart zu den Schlitzen der ersten Perforation ausgerichtet wird, so dass ein Schlitz der einen Perforation einem Steg zwischen zwei Schlitzen der anderen Perforation zugeordnet wird. Analoges gilt für eine Perforation, die durch Löcher anstelle von Schlitzen gebildet ist. Dies ermöglicht, dass die durch das Einbringen der Umformelemente resultierenden Eigenspannungen, die sich in das plattenförmige Material hinein erstrecken, vollständig eliminiert werden, da trotz den verbleibenden Stegen zwischen den Löchern oder Schlitzen eine quasi vollständige Unterbrechung zwischen dem Umformelement und dem plattenförmigen Material ermöglicht wird.
Der Umformbereich des zumindest einen Umformelementes wird durch zumindest eine Umformzone gebildet, welche in einem Winkel zur Ebene des plattenförmigen Materials eingeprägt wird. Eine solche Umformzone erstreckt sich von der Ebene des plattenförmigen Materials aus und kann von dem plattenförmigen Material vollständig umgeben sein.
Die zumindest eine Umformzone wird gemäß einer ersten Alternative mit einer innerhalb der Umformzone vorgesehenen Ausnehmung oder gemäß einer zweiten Alternative mit einem vertieften Bereich ausgebildet. Gemäß der ersten Alternative können beispielsweise Ansenkungen in das plattenförmige Material eingebracht werden. Ebenfalls können offene Rippen, wie beispielsweise Kühlrippen, vorgesehen sein. Gemäß der zweiten Alternative können Längssicken, Rollsicken oder vertiefte Näpfe oder dergleichen ausgebildet sein.
Des Weiteren kann bevorzugt vorgesehen sein, dass die erste und/oder die weitere Perforation in den vertieften Bereich des Umformelementes eingebracht werden. Dadurch kann eine weitere Reduzierung von Eigenspannungen innerhalb des Umformelementes erzielt werden.
Bevorzugt kann die erste Perforation, welche gemäß einer alternativen Ausführungsform die Biegelinie kreuzt, durch Schlitze ausgebildet werden, wobei die Länge und Ausrichtung der Schlitze derart eingebracht wird, dass sich die Schlitze von der Ebene des plattenförmigen Materials aus in die Umformzone hinein erstrecken.
Alternativ hierzu kann vorgesehen sein, dass die durch Schlitze ausgebildete erste Perforation, welche die Biegelinie kreuzt, mit einer Länge und einer Ausrichtung der Schlitze eingebracht wird, so dass sich die Schlitze von der Ebene des plattenförmigen Materials in die Umformzone hinein erstrecken, wobei die Schlitze im Bereich der Biegelinie unterbrochen werden. Bei diesen beiden vorbeschriebenen Alternativen kann eine Reduzierung der Eigenspannungen ermöglicht sein.
Die erste Perforation, welche in einer bevorzugten Ausführungsform die Biegelinie des Umformelementes kreuzt, kann beispielsweise geradlinig verlaufende, bogenförmige, C-, L- oder S-förmige Schlitze als auch gekrümmt oder geneigt verlaufende Schlitze aufweisen. Dadurch kann zusätzlich eine optisch ansprechende Gestaltung erzielt werden.
Bevorzugt erfolgt das Einbringen des zumindest einen Umformelementes in das Werkstück im plattenförmigen Material erst nach dem Einbringen der zumindest ersten Perforation. Dadurch kann bereits während des Einbringens des Umformelementes die Bildung des Verzuges durch Eigenspannungen verhindert werden.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass die erste und/oder die weitere Perforation durch Schlitze oder Löcher ausgebildet werden. In Abhängigkeit der Größe der Geometrie der Umformelemente und/oder der Plattenstärke und/oder des Werkstoffs des plattenförmigen Materials kann eine entsprechende Auswahl getroffen werden.
Bevorzugt wird die Breite der Schlitze bzw. der Durchmesser der Löcher durch einen Strahldurchmesser eines Laserstrahls der Bearbeitungsmaschine bestimmt. Durch eine Bearbeitungsoptik kann eine Fokussierung oder Strahlaufweitung eingestellt werden, so dass an entsprechend bauliche Gegebenheiten eine Anpassung erfolgen kann.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass zumindest die erste Perforation durch Prozessparameter mit einer Programmsteuerung einer Bearbeitungsmaschine angesteuert werden und durch diese Programmsteuerung mit denselben Prozessparametern ein Laserschweißprozess angesteuert wird, bei dem nach dem Einbringen des zumindest einen Umformelementes zumindest die erste Perforation zugeschweißt wird. Diese Ansteuerung des Laserschweißprozesses mit Prozessparametern für die Perforation ermöglicht eine hohe Genauigkeit für den Laserschweißprozess. Durch das Zuschweißen der Schlitze oder Löcher können dichte und/oder feste Bauteile erzielt werden. Da die Perforation durch einen Laserschneidprozess eingebracht wird, kann die Größe und die Ausformung der Schlitze oder Löcher nicht exakt vorhergesagt werden. Durch die Verwendung derselben Prozessparameter der Programmsteuerung für die Perforation als auch für das Laserschweißen kann jedoch diese prozessbedingte Ungenauigkeit reduziert sein.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass während des Laserschweißprozesses ein Laserauftragsschweißen angesteuert wird und dieses Laserauftragsschweißen auf einer oder beiden Seiten des plattenförmigen Materials durchgeführt wird. Insbesondere beim beidseitigen Laserauftragsschweißen kann ein vollständiges Füllen der Perforation ermöglicht werden, ohne dass wiederum ein großer Verzug aufgrund der eingebrachten Wärme entsteht.
Eine weitere alternative Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass das Werkstück, welches zumindest ein Umformelement mit zumindest einer Perforation umfasst, lackiert und/oder beschichtet und dadurch die zumindest eine Perforation geschlossen wird.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass in das plattenförmige Material vor dem Einbringen von mehreren Werkstücken zumindest eine Perforationslinie zwischen zwei benachbarten Werkstücken eingebracht wird. Dadurch kann wiederum eine Reduzierung der Eigenspannung in dem plattenförmigen Material zwischen zwei benachbarten Werkstücken erzielt werden. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass während dem Herstellen der Werkstücke oder nach dem Herstellen der Werkstücke die Perforationslinie eingebracht wird.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird des Weiteren durch ein Werkstück, bestehend aus einem plattenförmigen Material, gelöst, welches zumindest ein Umformelement aufweist, wobei das zumindest eine Umformelement in das Werkstück nach einem Verfahren der vorstehenden Ausführungsformen hergestellt wird.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen derselben werden im Folgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Beispiele näher beschrieben und erläutert. Die der Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmenden Merkmale können einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination erfindungsgemäß angewandt werden. Es zeigen:

1 eine schematische Ansicht einer Bearbeitungsmaschine zur Herstellung von Werkstücken aus einem plattenförmigen Material,
2 eine perspektivische Ansicht eines Werkstücks mit einem napfförmigen Umformelement mit einer geschlitzten Perforation,
3 eine perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsform gemäß 2,
4 eine perspektivische Ansicht eines Werkstücks mit einem sickenförmigen Umformelement mit einer geschlitzten Perforation,
5 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform zu 4,
6 eine perspektivische Ansicht eines Werkstücks mit einem napfförmigen Umformelement mit einer gelochten Perforation,
7 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform zu 6,
8 eine perspektivische Ansicht eines weiteren Werkstücks mit einem sickenförmigen Umformelement mit einer gelochten Perforation,
9 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform zu 8,
10 eine perspektivische Ansicht eines Werkstücks mit einem napfförmigen Umformelement mit einer alternativen Perforation zu 2,
11 eine perspektivische Ansicht einer weiteren alternativen Ausführungsform zu 10,
12 eine perspektivische Ansicht eines Werkstücks mit einem sickenförmigen Umformelement mit einer alternativen Perforation zu 10,
13 eine perspektivische Ansicht eines plattenförmigen Materials mit mehreren Umformelementen, und
14 eine perspektivische Ansicht eines Werkstücks.

1 zeigt perspektivisch eine Bearbeitungsmaschine 11. Diese Bearbeitungsmaschine 11 ist beispielsweise eine Stanz-Laser-Maschine. Diese Bearbeitungsmaschine 11 ermöglicht sowohl eine Laserbearbeitung als auch eine Stanzbearbeitung und/oder Prägebearbeitung von plattenförmigen Materialien 12. Diese Bearbeitungsmaschine 11 weist ein Grundgestell 13 mit einem U-förmigen Rahmen 14 auf. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die Bearbeitungsmaschine 11 einen geschlossenen umlaufenden Rahmen aufweist. Diesen Rahmen 14 durchquert eine Werkstückauflage 16, welche sich beispielsweise in X-Richtung erstreckt. Der Rahmen 14 des Grundgestells 13 erstreckt sich in Y-Richtung. Parallel zur Werkzeugauflage 16 erstreckt sich eine Halteeinrichtung 17, welche vorzugsweise Klammern 18 umfasst. Durch diese Klammern 18 kann das plattenförmige Werkstück 12 gehalten und beispielsweise in X-Richtung der Werkstückebene (X-/Y-Ebene) verfahren werden. Zur Bearbeitung des plattenförmigen Werkstücks 12 kann ein Laserbearbeitungskopf 20 und ein weiterer Bearbeitungskopf 21, 22 entlang der Y-Achse innerhalb des Rahmens 14 verfahrbar angesteuert werden. Alternativ können diese auch feststehend an dem Rahmen 14 vorgesehen sein. Das plattenförmige Material 12 wird durch die Halteeinrichtung 17 entsprechend zu dem jeweiligen Bearbeitungskopf 20, 21, 22 verfahren und positioniert.
In der Werkstückauflage 16 ist unterhalb des Laserbearbeitungskopfes 20 eine Auffangvorrichtung vorgesehen. Sofern der Laserbearbeitungskopf in Y-Richtung verfahrbar ist, erstreckt sich die Auffangvorrichtung ebenfalls in Y-Richtung.
Unterhalb eines Bearbeitungskopfes 21, 22 der als Stanzbearbeitungskopf 21 oder Prägebearbeitungskopf 22 ausgebildet sein oder ausgetauscht werden kann, ist in der Werkstückauflage 16 ein Unterwerkzeug, insbesondere eine Stanzmatrize oder Prägematrize, vorgesehen, welches vorzugsweise entsprechend dem Stanzbearbeitungskopf 21 oder Prägebearbeitungskopf vorzugsweise in Y-Richtung verfahrbar ist.
Der Bearbeitungsmaschine 11 ist eine Handlingseinrichtung 26 zugeordnet. Diese weist beispielsweise eine Beladestation 52 auf. In dieser Beladestation 52 kann beispielsweise eine Palette mit übereinander gestapelten plattenförmigen Materialien 12 bereitgestellt werden, die für die Bearbeitung verwendet werden. Diese können als Rohmaterial oder teilweise bearbeitetes plattenförmiges Material 12 bereitgestellt werden.
Getrennt und benachbart zur Beladestation 52 ist eine Entladestation 53 vorgesehen. Diese Entladestation 53 ist außerhalb der Werkstückauflage 16 angeordnet.
Die Handlingseinrichtung 26 umfasst eine Greifeinrichtung 28 mit einer Tragstruktur 27, an welcher beispielsweise eine Vielzahl von Greifelementen, insbesondere Vakuumsauger, vorgesehen sind. Dadurch kann das plattenförmige Material 12 aus der Beladestation 52 entnommen und auf der Werkstückauflage 16 positioniert werden. Nach dem Bearbeiten des plattenförmigen Materials 12 wird das zumindest eine Gutteil und das zumindest eine Restteil durch die Greifeinrichtung 28 von der Werkstückauflage 16 entnommen und in der Entladestation 53 abgelegt, ggf. sortiert und gestapelt.
Die Werkstückauflage 16 kann des Weiteren ein Tischsegment aufweisen, welches gegenüber der Werkstückauflage 16 nach unten abklappbar ist. Auch kann das Tischsegment nach unten absenkbar sein oder eine kombinierte Bewegung durchführen. Dadurch wird ein Ausschleusen von Gutteilen oder Restteilen oder beiden nach unten ermöglicht.
In 2 ist beispielhaft ein Werkstück 30 dargestellt, welches aus einem plattenförmigen Material 12 hergestellt ist. Dieses Werkstück 30 weist ein Umformelement 32 auf. Dieses Umformelement 32 umfasst zumindest eine Umformzone 33, welche außerhalb einer daran angrenzenden Ebene 34 des plattenförmigen Materials 12 liegt. Zwischen der Umformzone 33 und der Ebene 34 ist eine Biegelinie 35 gebildet. Diese Biegelinie 35 trennt die Ebene 34 zur Umformzone 33. Bei dem in 2 dargestellten Umformelement 32 kann gemäß einer ersten Ausführungsform vorgesehen sein, dass die Umformzone 33 einen vertieften Bereich 36 aufweist, wodurch das Umformelement 32 als napfförmige oder wannenförmige Vertiefung ausgebildet ist. Dieser vertiefte Bereich 36 kann beispielsweise parallel zur Ebene 34 ausgerichtet sein und ist um die Breite der Umformzone 33 gegenüber der Ebene 34 erhöht oder vertieft. Alternativ kann vorgesehen sein, dass innerhalb der Umformzone 33 eine Aussparung 37 ist. Dadurch ist das Umformelement 32 als eine Ansenkung ausgebildet.
Das Umformelement 32 wird gemäß der ersten Ausführungsform mit einem vertieften Bereich 36, beispielsweise mit einem Prägebearbeitungskopf 32, hergestellt. Eine entsprechende Matrize liegt dem Prägebearbeitungskopf 22 gegenüber.
Die zweite alternative Ausführungsform, in der das Umformelement 32 als Ansenkung ausgebildet ist, kann der Bearbeitungskopf 21 als Stanz-/Prägebearbeitungskopf vorgesehen sein, welchem eine entsprechende Matrize zugeordnet ist. Die Umformzone 33 und die Aussparung 37 werden bevorzugt in einem Arbeitsschritt eingebracht. Alternativ kann eine solche Ansenkung auch durch eine Folgebearbeitung erfolgen, indem beispielsweise die Aussparung 37 ausgestanzt und getrennt dazu die Umformzone 33 gebildet wird. In Abhängigkeit der konkreten Ausgestaltung können die Bearbeitungsschritte auch vertauscht werden.
Das plattenförmige Material 12 wird bevorzugt vor dem Einbringen des Umformelementes 32 bearbeitet, in dem eine Perforation 41 in das plattenförmige Material 12 eingebracht wird. Gemäß der Ausführungsform in 2 ist vorgesehen, dass diese Perforation 41 in einer Biegelinie 35 liegt und dieser folgt. Diese Perforation 41 umgibt das Umformelement 32 bevorzugt vollständig. Diese Biegelinie 35 entsteht beim Einbringen der Umformzone 33 zur Bildung des Umformelementes 32. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Perforation 41 durch mehrere aneinander gereihte Schlitze 42 gebildet, zwischen denen die Stege 43 verbleiben. Darauffolgend wird das Umformelement 32 in das plattenförmige Material eingebracht. Das Verhältnis der Länge der Schlitze 42 und der Stege 43 kann in Abhängigkeit an die Verringerung der Eigenspannungen einerseits und andererseits an die Anforderung der verbleibenden Festigkeit zwischen dem Umformelement und dem das Umformelement zumindest teilweise umgebenden plattenförmigen Material 12, welches Teil des Werkstücks 30 ist, angepasst sein. Bevorzugt sind die Schlitze 42 länger als die Stege 43 ausgebildet.
Durch die Ausgestaltung der Perforation 41 in der Biegelinie 35 kann eine Verringerung eines Verzuges im plattenförmigen Material 12 erzielt werden, wodurch eine erhöhte Maßhaltigkeit des Werkstücks 30 gegeben ist.
In 3 ist eine alternative Ausführungsform des Werkstücks 30 zu 2 dargestellt. Das Umformelement 32 kann bei dieser Ausführungsform analog der ersten oder zweiten Alternative ausgebildet sein, wie diese zu 2 beschrieben ist. Ergänzend ist bei dem Werkstück 30 gemäß 3 eine weitere Perforation 45 vorgesehen. Diese weitere Perforation 45 folgt einer Konturlinie 46. Diese Konturlinie 46 erstreckt sich gemäß dem Ausführungsbeispiel vollständig entlang der Biegelinie 35. Die Konturlinie 46 ist außerhalb und mit Abstand zur Biegelinie 35 vorgesehen und bildet vorzugsweise eine Umhüllende. Diese Konturlinie 46 kann sich auch nur teilweise über den Umfang der Biegelinie 35 erstrecken.
Entlang dieser Konturlinie 46 sind bevorzugt Schlitze 47 der weiteren Perforation 45 vorgesehen. Diese Schlitze 47 der weiteren Perforation 45 sind zu den Schlitzen 42 der Perforation 41 bzw. ersten Perforation 41 derart ausgerichtet, dass jeweils einem Steg 43 der ersten Perforation 41 außerhalb ein Schlitz 47 der weiteren Perforation 45 zugeordnet ist. Dadurch wird ermöglicht, dass die Eigenspannungen aus der Umformzone 33 in die Ebene 34, welche sich bei dem Umformelement 32 von einem Mittelpunkt 55 des Umformelementes 32 radial nach außen erstreckt, vollständig unterbrochen wird, wodurch das verzugsfreie Einbringen des Umformelementes 32 verbessert ist.
In 4 ist eine weitere Ausführungsform des Werkstücks 30 perspektivisch dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist das Umformelement 32 anstelle einer Ansenkung oder eines Napfes als Längssicke ausgebildet. Beispielsweise sind mehrere Umformelemente 32 aneinander gereiht, um das Werkstück 30 zu bilden. Die aneinander gereihten Umformelemente 32 können in der Größe und/oder Gestalt auch voneinander abweichen. Die erste Perforation 41 verläuft entlang der Biegelinie 35 in der Ebene 34, von der aus die Umformzone 33 eingebracht ist. Beispielsweise können mehrere einzelne Umformelemente 32 einander zugeordnet oder aneinandergereiht sein. Dabei umgibt die erste Perforation 41 zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, das jeweilige Umformelement 32.
In 5 ist eine weitere alternative Ausführungsform des Werkstücks 30 zu 4 dargestellt. Ergänzend zu der Ausführungsform gemäß 4 wird bei dem Werkstück 30 gemäß 5 in Analogie zur 3 die weitere Perforation 45 eingebracht. Dabei ist die Konturlinie 46 als eine Umhüllende ausgebildet, welche die aneinander gereihten Umformelemente 32 vollständig umgibt. Auch in diesem Ausführungsbeispiel ist die weitere Perforation 45 durch Schlitze 47 eingebracht. Ebenso sind die Schlitze 47 der weiteren Perforation 45 wieder auf Lücke bzw. den Stegen 43 der ersten Perforation 41 zugeordnet.
In 6 ist eine weitere alternative Ausführungsform des Werkstücks 30 zu 2 dargestellt. Diese alternative Ausführungsform des Werkstücks 30 weicht lediglich dahingehend ab, dass die erste Perforation 41 durch Löcher 49 gebildet ist.
Die Größe bzw. der Durchmesser der Löcher 49 wird beispielsweise durch den Strahldurchmesser des Laserstrahls der Bearbeitungsmaschine 11 bestimmt. Dieser kann über eine nicht näher dargestellte Optik und Strahlfokussierung auch variiert werden.
Die Schlitze 42, 47 der ersten und weiteren Perforation 41, 47 entsprechen in der Breite bevorzugt dem Durchmesser des Laserstrahls. Die Länge der Schlitze ist ein Vielfaches des Durchmessers des Laserstrahls, wobei dieses Vielfache durch eine Programmsteuerung der Bearbeitungsmaschine 11 bestimmt wird. Die Schlitze 42, 47 können geradlinig oder auch gekrümmt ausgebildet sein.
In den 3 und 5 ist eine erste Perforation 41 und eine weitere Perforation 45 dargestellt, wobei beide Perforationen 41, 45 durch Schlitze 42, 47 gebildet werden. Alternativ kann vorgesehen sein, dass eine der beiden Perforationen durch Schlitze 42, 47 und die andere Perforation durch Löcher 49, 51 ausgebildet wird. Beispielsweise kann also gemäß 3 die erste Perforation Schlitze 42 umfassen und die zweite Perforation 45 mit Löchern 49 ausgebildet sein. Auch eine Kombination ist möglich.
In 7 ist eine weitere alternative Ausführungsform des Werkstücks 30 zu 6 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform, ausgehend von 6, ist vorgesehen, dass in der Umformzone 33 ebenfalls eine weitere Perforation 45 eingebracht ist. Diese weitere Perforation 45 ist beispielsweise durch Löcher 51 gebildet. Des Weiteren kann der vertiefte Bereich 36 ebenso eine weitere Perforation 45 umfassen. Wahlweise kann die weitere Perforation 45 in die Umformzone 33 und/oder den vertieften Bereich 36 eingebracht werden.
In 8 ist eine alternative Ausführungsform des Werkstücks 30 zu 4 dargestellt. Die erste Perforation 41, die der Biegelinie 35 des sickenförmigen Umformelementes 32 erfolgt, ist durch Löcher 49 gebildet. Im Übrigen gelten die Ausführungen zu 4.
Ergänzend kann bei der Ausführungsform gemäß 8 auch eine weitere Perforation 45 entlang einer Konturlinie 45 vorgesehen sein. Die Konturlinie 46 kann als Umhüllende gebildet werden, welche die beispielsweise drei zusammenhängenden Umformelemente 32 vollständig umgibt, wie dies in 5 dargestellt ist. Bei dieser Ausführungsform kann die weitere Perforation 45 durch Löcher 51 gebildet sein.
In 9 ist eine weitere alternative Ausführungsform des Werkstücks 30 dargestellt. Sowohl die Umformzone 33 und/oder der vertiefte Bereich 36 kann wiederum mit der weiteren Perforation 45 in Form von Löchern 51 versehen sein.
In 10 ist eine weitere alternative Ausführungsform des Werkstücks 30 zu 2 dargestellt. Das Umformelement 32 kann gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform mit dem vertieften Bereich 36 oder der Aussparung 37 ausgebildet sein, welches zu 2 beschrieben ist. Diese Perforation 41 ist abweichend zu der in 2 vorgesehen. Die erste Perforation 41 umfasst Schlitze 42, welche die Biegelinie 35 kreuzen. Bevorzugt ist vorgesehen, dass ein Abschnitt des Schlitzes 42 in der Ebene 34 liegt und ein weiterer Abschnitt sich in die Umformzone 33 hinein erstreckt. Die Schlitze 42 können beabstandet zueinander ausgerichtet sein und erstrecken sich vorteilhafterweise ausgehend von dem Mittelpunkt 55 des Umformelementes 33 radial nach außen. Auch dadurch können die durch die Umformzone 33 gebildeten Eigenspannungen im plattenförmigen Material 12 reduziert werden.
In 11 ist eine alternative Ausführungsform zu 10 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist wiederum vorgesehen, dass die erste Perforation 41 durch Schlitze 42 gebildet ist, wobei diese sich bei dem Umformelement 32 in Form einer Ansenkung oder eines Napfes mit einem runden Boden von einem fiktiven Mittelpunkt 55 radial nach außen erstrecken. Dabei ist jedoch abweichend zu 10 vorgesehen, dass die Schlitze 42 im Bereich der Biegelinie 35 unterbrochen sind. Ein erster Schlitzabschnitt liegt somit ausschließlich in der Ebene 34 und grenzt an die Biegelinie 35 an. In Verlängerung dazu ist ein zweiter Schlitzabschnitt vorgesehen, der sich angrenzend an die Biegelinie 35 in die Umformzone 33 erstreckt. Auch durch eine solche Ausgestaltung können Eigenspannungen reduziert werden.
In 12 ist eine weitere alternative Ausführungsform des Werkstücks 30 dargestellt. Beispielsweise sind drei aneinander gereihte, als Sicken ausgebildete Umformelemente 32 vorgesehen, die aneinander gereiht sind. Die Schlitze 42 der ersten Perforation 41 kreuzen wiederum die Biegelinie 35 in Analogie zur Anordnung gemäß 10.
Bei den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen gemäß 10 und 12 kann vorgesehen sein, dass die Schlitze 42 alternativ zur geradlinigen Ausgestaltung einen gekrümmten Verlauf, einen C-, L-,S-förmigen Verlauf oder einen geneigten Verlauf aufweisen. Auch können die Schlitze in einem Winkel von weniger als 90° zur Biegelinie 35 ausgerichtet sein.
In 13 ist eine vorteilhafte Ausgestaltung zur Herstellung von mehreren Werkstücken 30 in einem gemeinsamen plattenförmigen Material 12 dargestellt. Beispielsweise sind mehrere Werkstücke 30, die gleich und/oder voneinander abweichen können, zur Herstellung auf einem gemeinsamen plattenförmigen Material 12 vorgesehen. Jedes der Werkstücke 30 ist bevorzugt durch eine Perforationslinie 61 getrennt zum benachbarten Werkstück 30 angeordnet. Der Verlauf der Perforationslinie 61 steht in Abhängigkeit von der Schachtelung der Werkstücke 30 auf dem plattenförmigen Material 12. Eine einfache Ausgestaltung ist beispielsweise die in 13 dargestellte schachbrettartige Ausrichtung, so dass die Perforationslinien 61 in Spalten und Zeilen vorgesehen sind. Dadurch wird ermöglicht, dass Eigenspannungen des zumindest einen Umformelementes 32 in dem einen Werkstück 30 das benachbarte Werkstück 30 nicht beeinflussen.
In 14 ist ein Werkstück 30 dargestellt, welches beispielsweise als ein Metalleinleger ausgebildet ist. Dieses Werkstück 30 ist aus dem plattenförmigen Material 12 hergestellt und weist beispielsweise mehrere runde Ausstanzungen 62 auf. Ebenso kann eine gestufte Absenkung als Umformelement 32 vorgesehen sein. Benachbart zu diesem Umformelement 32 ist eine Abkantung 63 angeordnet. Bei diesem Werkstück 30 ist ein Teilbereich des Umformelementes 32 durch einen schmalen Rand 67 gebildet. Bei diesem Werkstück 30 kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die erste Perforation 41 das Umformelement 32 nur teilweise umgibt. Das Einbringen der ersten Perforation 41 kann mittels eines Laserstrahls in einer Vorzugsrichtung erfolgen. Beispielsweise wird an dem Ende 67 nahe der Abkantung 63 mit dem Einbringen der ersten Perforation 41 begonnen und die erste Perforation 41 im Uhrzeigersinn eingebracht. Dies weist den Vorteil auf, dass ein Wärmestau, der sich in Perforationsrichtung ergibt, von der Abkantung 63 wegbewegt wird, um diese nicht zu beeinflussen.
Auch kann alternativ zu allen vorgenannten Ausführungsformen die erste Perforation 41 in mehreren Abschnitten, die zueinander beabstandet sind, eingebracht werden. Auch kann die Länge der Schlitze 42 und/oder Stege 43 der ersten Perforation 41 variieren, welche das Umformelement 32 teilweise oder vollständig umgeben.
In manchen Anwendungsfällen kann die erste Perforation 41 und/oder weitere Perforation 45 in dem Bauteil verbleiben. In einigen Anwendungsfällen ist es wünschenswert, diese Perforation 41, 45 wieder zu schließen, um beispielsweise ein dichtes und festes Werkstück 30 auszubilden. Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass die Prozessparameter einer Programmsteuerung der Bearbeitungsmaschine zum Einbringen der ersten oder weiteren Perforation 41, 45 zur Ansteuerung eines Laserschweißprozesses verwendet wird, um beispielsweise durch ein Laserauftragsschweißen die Perforation 41, 45 wieder zu schließen. Durch die Verwendung derselben Prozessparameter für das Einbringen der Perforation 41, 45 als auch für den Laserschweißprozess zum Schließen der Perforation 41, 45 kann eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit erzielt werden. Alternativ und/oder zusätzlich kann das Werkstück 30 lackiert und/oder beschichtet werden. Insbesondere kann eine Unterpulverbeschichtung vorgesehen sein, um diese Performation 41, 45 zu schließen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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.
Zitierte Patentliteratur

DE 29818909 U1 [0002]
DE 102013100273 A1 [0003]

Claims

Verfahren zur Herstellung von einem aus plattenförmigem Material (12) gefertigten Werkstück (30), - bei welchem in das plattenförmige Material (12) wenigstens ein Umformelement (32) mit einem Werkzeug (21, 22) eingebracht wird, welches zumindest eine Umformzone (33) umfasst, die gegenüber einer Ebene (34) des plattenförmigen Materials (12) versetzt ist oder aus dieser Ebene (34) hervortritt und zwischen der Umformzone (33) und der Ebene (34) des plattenförmigen Materials (12) eine Biegelinie (35) gebildet wird, - bei dem zum verzugsfreien Einbringen des Umformelementes (32) mittels eines Laserstrahls einer Bearbeitungsmaschine (11) zumindest eine erste Perforation (41) eingebracht wird, - wobei die zumindest eine erste Perforation (41) zumindest teilweise entlang einer in der Ebene (34) des plattenförmigen Materials (12) liegenden Biegelinie (35) verläuft, welche das Umformelement (32) zumindest teilweise umgibt, oder wobei die zumindest eine erste Perforation (41) eine in der Ebene (34) des plattenförmigen Materials (12) liegenden Biegelinie (35) kreuzt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Perforation (45) entlang einer Konturlinie (46) eingebracht wird, welche außerhalb der Biegelinie (35) des zumindest einen Umformelementes (32) verläuft und dieser Biegelinie (35) zumindest teilweise folgt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Konturlinie (46) der weiteren Perforation (45) als eine das Umformelement (32) oder mehrere aneinander gereihten oder zusammenhängenden Umformelemente (32) umgebende Umhüllende ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die entlang der Biegelinie (35) verlaufende erste Perforation (41) durch Schlitze (42) gebildet wird und die weitere Performation (45) entlang der Konturlinie (46) durch Schlitze (47) oder Löcher (51) gebildet wird, wobei die Schlitze (47) oder die Löcher (51) der weiteren Perforation (45) versetzt zu den Schlitzen (42) oder den Löchern (49) der ersten Perforation ausgerichtet werden, so dass ein Schlitz (47) oder Loch (51) der weiteren Perforation (45) einem Steg (43) zwischen zwei Schlitzen (42) oder zwei Löchern (49) der ersten Perforation (41) zugeordnet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Umformzone (33) in einem Winkel abweichend zur Ebene (34) des plattenförmigen Materials (12) eingeprägt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Umformzone (33) ein vertiefter Bereich (36) und/oder eine Aussparung (37) ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste oder die weitere Perforation (41, 45) in die Umformzone (33) und/oder den vertieften Bereich (36) des Umformelementes (32) eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Perforation (41) mit Schlitz (42) ausgebildet wird, welche die Biegelinie (35) kreuzt, wobei eine Schlitzlänge und eine Ausrichtung vorgesehen ist, so dass sich die Schlitze (42) von der Ebene (34) in die Umformzone (33) hinein erstrecken.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Perforation (41) mit Schlitz (42) ausgebildet wird, welche die Biegelinie (35) kreuzt, wobei eine Schlitzlänge und eine Ausrichtung vorgesehen ist, so dass sich die Schlitze (42) von der Ebene (34) in die Umformzone (33) hinein erstrecken, wobei die Schlitze (42) im Bereich der Biegelinie (35) unterbrochen werden.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Perforation (41), welche die Biegelinie (35) des Umformelementes (32) kreuzt, durch geradlinige, S-förmige, bogenförmige, gekrümmte oder geneigte Schlitze ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Einbringen zumindest der ersten Perforation (41) das zumindest eine Umformelement (42) eingebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Perforation (41) und/oder die weitere Perforation (45) durch Schlitze (42, 47) oder Löcher (49, 51) ausgebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der Schlitze (42, 47) und der Durchmesser der Löcher (49, 51) durch einen Strahldurchmesser eines Laserstrahls der Bearbeitungsmaschine (11) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die erste Perforation (41) durch Prozessparameter in einer Programmsteuerung der Bearbeitungsmaschine (11) angesteuert werden und durch diese Programmsteuerung ein Laserschweißprozess angesteuert wird, bei dem nach dem Einbringen des zumindest einen Umformelementes (32) zumindest die erste Perforation (41, 45) zugeschweißt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Laserschweißprozess ein Laserauftragsschweißen angesteuert wird und auf einer oder beiden Seiten des plattenförmigen Materials (12) das Laserauftragsschweißen durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (30) mit dem zumindest einen Umformelement (32) lackiert und/oder beschichtet und zumindest die erste Perforation (41) geschlossen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Einbringen von mehreren Werkstücken (30) in das plattenförmige Material (12) zumindest eine Perforationslinie (61) zwischen zwei benachbarten Werkstücken (30) eingebracht wird.
Werkstück, bestehend aus einem plattenförmigen Material, welches zumindest ein Umformelement (32) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (30) nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16 hergestellt ist.