DE102018205350A1

DE102018205350A1 - Umformwerkzeug und Verfahren zum Herstellen einer Kante an einem Bauteil und Verfahren zum Herstellen eines solchen Umformwerkzeugs

Info

Publication number: DE102018205350A1
Application number: DE102018205350.2A
Authority: DE
Inventors: Stephan Knoche; Gerhard Wallner; Christian Zausinger; Christian Meier; Georg Zettl
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2018-04-10
Filing date: 2018-04-10
Publication date: 2019-10-10
Also published as: CN111699058B; US20210046535A1; WO2019197094A1; CN111699058A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Umformwerkzeug (1) und ein Verfahren zum Herstellen einer Kante (5) an einem Bauteil (4), mit einer ersten und einer zweiten Umformkomponente (2, 3) welche aus einer Offenstellung in eine Umformstellung verstellbar sind, wodurch in einem Pressbereich (9) des Umformwerkzeugs (1) das während des Verstellens in dem Pressbereich (9) an beiden Umformkomponenten (2, 3) abstützbare Bauteil (4) in eine in der zweiten Umformkomponente (3) ausgebildete Negativform (10) der herzustellenden Kante (5) einpressbar ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass eine Umformfläche (11) der ersten Umformkomponente (2) in dem Pressbereich (9) ein Aufmaßelement (12) aufweist, welches sich an das Aufmaßelement (12) anschließende Grundflächenbereiche (13) der Umformfläche (11) überragt, wodurch das Bauteil (4) zumindest in der Umformstellung in einem sich an den Pressbereich (9) anschließenden Teilbereich (15) von der zweiten Umformkomponente (3) beabstandbar ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Erzeugen eines Umformwerkzeugs (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Umformwerkzeug zum Herstellen einer Kante an einem Bauteil gemäß Patentanspruch 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung Verfahren zum Herstellen einer Kante an einem Bauteil nach Patentanspruch 4. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Umformwerkzeugs nach Patentanspruch 5.
Ein Erscheinungsbild eines Kraftfahrzeugs wird maßgeblich durch eine Geometrie von Außenhautbauteilen des Kraftfahrzeugs beeinflusst, die heutzutage üblicherweise mittels eines Umformens zum Beispiel aus Aluminium- oder Stahlfeinblechen mit initiale Dicke hergestellt werden. Insbesondere können diese Außenhautbauteile zumindest eine Biegung mit einem besonders kleinen Radius aufweisen, eine sogenannte Blechformteilkante bzw. scharfe Kante. Eine derartige Biegung in einem sichtbaren Bereich des Außenhautbauteils wird als Blechformteilkante bezeichnet. Die Blechformteilkante verläuft bzw. erstreckt sich typischerweise in einem Freiformflächenbereich des Außenhautbauteils. Außerdem kann die Blechformteilkante zum einen eine Designfunktion innehaben, beispielsweise eine sogenannte Charakterkante bilden. Die Blechformteilkante kann alternativ oder zusätzlich eine technische Funktion innehaben, beispielsweise dem Außenhautbauteil einen besonders hohen Widerstand gegen Biegung verleihen. Im Serienfahrzeugbau erweist sich eine Herstellung solcher Blechformteilkanten, insbesondere mittels Umformens, zum Beispiel Tiefziehens, als besonders anspruchsvoll, da die zum Ausbilden der Blechformteilkante erforderlichen besonders kleinen Radien mittels des Umformens bzw. Tiefziehens besonders schwierig herzustellen sind.
Prozessbedingt kommt es beim Umformen bzw. Tiefziehen von Blechbauteilen zu einer Reduktion einer Bauteildicke bzw. Blechdicke, speziell in einem Bereich, wo eine Blechformteilkante ausgebildet werden soll. Normalerweise gibt in einem gekrümmten Werkzeugbereich eine konvexe Werkzeugfläche eine Geometrie des Bauteils an einer konkaven Bauteilseite vor. An einer der konkaven Bauteilseite gegenüberliegenden, konvexen Bauteilseite kommt es bedingt durch die Reduktion der Blechdicke im Bereich der Blechformteilkante dazu, dass der Radius der Blechformteilkante von einer aus der Blechdicke und dem Radius der konvexen Werkzeugfläche gebildeten Summe unterschiedlich ist. Des Weiteren ist der auf herkömmliche Weise hergestellte Radius der Blechformteilkante besonders schwierig, insbesondere überhaupt nicht reproduzierbar bzw. kontrollierbar, sodass eine oder mehrere Charakter- bzw. Blechformteilkanten, deren jeweiliger Verlauf auf einem gemeinsamen Linienzug über zwei oder mehrere zueinander benachbarte, separat voneinander hergestellte Blechteile (zum Beispiel über eine Seitenwand und über eine dazu benachbarte Tür oder über zwei zueinander benachbarte Türen etc.) ineinander übergehen soll, zueinander versetzt sein können.
Aus dem Stand der Technik, insbesondere aus dem Serienfahrzeugbau, sind bereits Ansätze bekannt, wie eine besonders scharfkantige Blechformteilkante erzeugt werden kann. So offenbart beispielsweise die DE 10 2013 019 634 A1 ein Verfahren zur Herstellung eines Blechformteils durch Umformen eines Blechmaterials, wobei ein Erzeugen wenigstens einer Blechformteilkante an einem Blechvorformteil durch lokales elektromagnetisches Nachumformen des Blechmaterials erfolgt. Ein derartiger Ansatz erfordert jedoch ein besonders hohes Maß an Energie.
Die DE 10 2014 017 920 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines wenigstens eine scharfkantige Blechformteilkante aufweisenden Blechformteils durch mehrstufiges Umformen eines Blechmaterials. Hierbei wird zunächst in einem ersten pressengebundenen Formwerkzeug das Blechmaterial umgeformt, wobei die zu erzeugende Blechformteilkante mit einem vergrößerten Kantenradius und mit einer Überhöhung vorgeformt wird. Anschließend erfolgt ein weiteres Umformen des Blechmaterials in einem zweiten pressengebundenen Formwerkzeug, wobei die vorgeformte Überhöhung reduziert und die Blechformteilkante fertig ausgeformt wird. Eine Herstellungsdauer der scharfkantigen Blechformteilkante ist hierbei besonders lang ausgebildet, da dieses Verfahren zwei einzelne, nacheinander auszuführende Schritte aufweist.
Außerdem offenbart die DE 10 2013 007 352 A1 ein Verfahren zur Ausbildung einer Kante an einem Karosserieblechteil für ein Kraftfahrzeug, wobei das Blechteil zwischen einer Matrize, die die Form und den Verlauf der auszubildenden Kante vorgibt, und einem Stempel in einem Tiefziehvorgang im Bereich der auszubildenden Kante umgeformt wird, wobei beim Tiefziehvorgang an der der auszubildenden Kante gegenüberliegenden Seite des Blechteils eine dem Verlauf der Kante folgende Kerbe mit einem Prägeradius, der größer ist als der Radius der auszubildenden Kante, eingeprägt wird. Hierbei ist das Karosserieblechteil mittels des Stempels und der Matrize mit einer besonders hohen Umformkraft zu beaufschlagen, um mittels der Kerbe die gewünschte Kante an dem Karosserieblechteil auszuformen. Ferner liegt bei diesem Verfahren das Karosserieblechteil an beiden Werkzeugen, das heißt an der Matrize wie auch an dem Stempel, jeweils besonders großflächig an, was zu einer besonders großflächigen Ausdünnung eines Materials des Karosserieblechteils führt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, um eine vor allem besonders scharfe Kante mit einem besonders kleinen Radius an einem Bauteil besonders effizient erzeugen zu können. Ferner soll ein besonders vorteilhaftes Verfahren zum Erzeugen einer solchen Umformwerkzeug bereitgestellt werden.
Diese Aufgabe wird durch ein Umformwerkzeugwerkzeug nach Patentanspruch 1 und ein Verfahren zum Herstellen einer Kante an einem Bauteil nach Patentanspruch 4 gelöst. Darüber hinaus wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Erzeugen eines solchen Umformwerkzeugwerkzeugs nach Patentanspruch 5 gelöst. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Patentansprüchen angegeben. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Umformwerkzeugwerkzeugs sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Verfahren anzusehen und umgekehrt.
Erfindungsgemäß ist ein Umformwerkzeug zum Herstellen einer Kante an einem Bauteil vorgesehen, mit einer ersten Umformkomponente und mit einer damit korrespondierenden, zweiten Umformkomponente. Die beiden Umformkomponenten sind aus einer Offenstellung, in welcher das Umformwerkzeug mit dem Bauteil beschickbar ist, in einer Umformstellung verstellbar. Das bedeutet, dass dem Umformwerkzeug in der Offenstellung das zu verformende Bauteil zuführbar ist, sodass das Bauteil in dem Umformwerkzeug, insbesondere zwischen den beiden Umformkomponenten, anordenbar, insbesondere befestigbar ist. Indem die beiden Umformkomponenten aus der Offenstellung in die Umformstellung verstellbar sind, ist in einem Pressbereich des Umformwerkzeugs das während des Verstellens in dem Pressbereich an beiden Umformkomponenten abstützbare Bauteil in eine in der zweiten Umformkomponente ausgebildete Negativform der herzustellenden Kante einpressbar. Mit anderen Worten grenzt das Bauteil in der Umformstellung im Pressbereich jeweils unmittelbar an beide Umformkomponenten an.
Um nun eine Kante an dem Bauteil besonders effizient erzeugen zu können, ist vorgesehen, dass eine Umformfläche der ersten Umformkomponente in dem Pressbereich ein Aufmaßelement aufweist, welches sich an das Aufmaßelement anschließende Grundflächenbereiche der Umformfläche überragt, wodurch das Bauteil zumindest in der Umformstellung in einem sich an den Pressbereich anschließenden Teilbereich von der zweiten Umformkomponente beabstandbar ist. Mit anderen Worten ist die Umformfläche aus den Grundflächenbereichen und dem Aufmaßelement gebildet, wobei das Aufmaßelement zumindest im Wesentlichen in dem Pressbereich angeordnet ist. Im Pressbereich ist die Umformfläche der ersten Umformkomponente aufgrund des dortigen Aufmaßelements näher anm der zweiten Umformkomponente angeordnet als die an das Aufmaßelement angrenzenden Grundflächenbereiche. Das bedeutet, dass das Aufmaßelement, ausgehend von den Grundflächenbereichen der ersten Umformkomponente, von der ersten Umformkomponente in Richtung zu der zweiten Umformkomponente hervorspringt.
Unter dem Pressbereich ist ein Bereich des Umformwerkzeugs, insbesondere zwischen den beiden Umformkomponenten zu verstehen, in welchem das Bauteil einen beidseitigen Werkzeugkontakt erfährt, um mittels der beiden Werkzeugkomponenten kaltgeschmiedet zu werden. Anders ausgedrückt wird das Bauteil im Pressbereich beispielsweise gequetscht bzw. komprimiert.
Indem beim Verstellen der beiden Umformkomponenten aus deren Offenstellung in deren Umformstellung verhindert wird, dass das Bauteil außerhalb des Pressbereichs in direkten Kontakt mit der ersten und der zweiten Umformkomponente gelangt, ergeben sich einige Vorteile. So kann beispielsweise ein beidseitiger Werkzeugkontakt des Bauteils beim Verstellen der Umformkomponenten außerhalb bzw. abseits des Pressbereichs vermieden werden, sodass ein Fließen bzw. Kaltschmieden des Bauteils lediglich bzw. ausschließlich im Pressbereich erfolgt, wo in der Umformstellung ein engerer Spalt zwischen den beiden Umformkomponenteen einstellbar ist, wodurch das Kaltschmieden eintritt. Hierdurch kann ein Verschleiß des zur Fertigung des Bauteils zum Einsatz kommenden Umformwerkzeugs und/oder dessen Umformkomponenten besonders gering gehalten werden, da diese lediglich besonders geringen Prozesskräften unterworfen sind. Dies resultiert einerseits in einer besonders langen Lebensdauer des Umformwerkzeugs sowie der Umformkomponenten bis hin zu einer Presse, mittels welcher das Umformwerkzeug antreibbar ist. Aufgrund der besonders geringen Prozesskräfte ist die Presse besonders energieeffizient betreibbar.
Ferner ergibt sich eine besonders gute Reproduzierbarkeit der mittels des Umformwerkzeugs erzeugten bzw. erzeugbaren Kante, sodass eine Kante, insbesondere Charakterkante eines Kraftfahrzeugs, welche über zumindest zwei zueinander benachbarte Außenhautbauteile, zum Beispiel über einen Kotflügen und eine dazu benachbarte Fahrzeugtür, verläuft, besonders formtreu zu erzeugen ist. Aufgrund der besonders zuverlässig reproduzierbaren Kante ist dann der Verlauf der Charakterkante über die zueinander benachbarten Außenhautbauteile besonders konstant, stetig und frei von störenden, unstetigen Übergängen.
Es hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, dass das Aufmaßelement einen Radius aufweist, welcher kleiner ist als ein Innenradius der Negativform. Hierdurch ist der Pressbereich besonders klein ausbildbar, sodass das Bauteil in der Umformstellung bezogen auf die Umformfläche in einem besonders großen Bereich von der zweiten Umformkomponente beabstandbar ist. Da der Radius des Aufmaßelements kleiner ist als der Innenradius der Negativform, ergibt sich, dass der Radius des Aufmaßelements kleiner ist als ein Außenradius der zu erzeugenden Kante. Die zu erzeugende Kante ist mittels des Umformwerkzeugs an einer Bauteilsichtseite des Bauteils ausbildbar.
Die erste Umformkomponente kann als ein Stempel ausgebildet sein und die zweite Umformkomponente kann als eine Matrize ausgebildet sein. Mit anderen Worten weist das Umformwerkzeug die als der Stempel ausgebildete, erste Umformkomponente und die als die Matrize ausgebildete, zweite Umformkomponente auf. Das bedeutet, dass es sich bei dem Umformwerkzeug beispielsweise um eine Tiefziehmaschine handeln kann, mittels welcher das umzuformende Bauteil besonders effizient mit der Kante zu versehen ist. Die Tiefziehmaschine bzw. das Umformwerkzeug kann hydraulisch und/oder pneumatisch und/oder elektromechanisch betreibbar seinUmformkomponente.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Herstellen einer Kante an einem Bauteil mittels eines Umformwerkzeugs. Insbesondere kann es sich bei dem Umformwerkzeug, das bei dem Verfahren zum Einsatz kommt, um das zuvor beschriebene Umformwerkzeug handeln. Bei dem Verfahren werden eine erste Umformkomponente, insbesondere die zuvor beschriebene erste Umformkomponente und eine damit korrespondierende, zweite Umformkomponente, insbesondere die zuvor beschriebene zweite Umformkomponente, des Umformwerkzeugs aus einer Offenstellung in eine Umformstellung verstellt. In der Offenstellung wird das Umformwerkzeug mit dem Bauteil beschickt, das heißt in der Offenstellung wird dem Umformwerkzeug das zu verformenden Bauteil, an welchem die Kante auszubilden ist, bereitgestellt bzw. zugeführt, sodass das Bauteil in weiterer Folge mittels des Umformwerkzeugs bearbeitet, insbesondere umgeformt werden kann. Mittels des Verstellens der beiden Umformkomponenten aus deren Offenstellung in deren Umformstellung wird in einem Pressbereich, insbesondere in dem zuvor beschriebenen Pressbereich, des Umformwerkzeugs das während des Verstellens in dem Pressbereich an beiden Umformkomponenten abgestützte Bauteil in eine in der zweiten Umformkomponente ausgebildete Negativform, insbesondere in die zuvor beschriebene Negativform, der herzustellenden Kante eingepresst. Um nun die Kante an dem Bauteil besonders effizient erzeugen zu können, ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, dass eine Umformfläche, insbesondere die zuvor beschriebene Umformfläche, der ersten Umformkomponente in dem Pressbereich ein Aufmaßelement, insbesondere das zuvor beschriebene Aufmaßelement, aufweist, welches sich an das Aufmaßelement anschließende Grundflächenbereiche, insbesondere die zuvor beschriebenen Grundflächenbereiche, der Umformfläche überragt, wodurch das Bauteil zumindest in der Umformstellung in einem sich an den Pressbereich anschließenden Teilbereich, insbesondere den zuvor beschriebene Teilbereich, von der zweiten Umformkomponente beabstandet wird.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Erzeugen eines Umformwerkzeugs, insbesondere des zuvor beschriebenen Umformwerkzeugs, zum Herstellen einer Kante, insbesondere der zuvor beschriebenen Kante, an einem Bauteil, insbesondere an dem zuvor beschriebenen Bauteil, mit folgenden Schritten. In einem ersten Schritt werden eine erste Umformkomponente, insbesondere die zuvor beschriebene erste Umformkomponente, und eine damit korrespondierende, zweite Umformkomponente, insbesondere die zuvor beschriebene zweite Umformkomponente, erzeugt. Die beiden Umformkomponenten sind aus einer Offenstellung, insbesondere der zuvor beschriebenen Offenstellung, in welcher das Umformwerkzeug mit dem Bauteil beschickbar ist, in eine Umformstellung, insbesondere die zuvor beschriebene Umformstellung, verstellbar. Mittels des Verstellens bzw. aufgrund des Verstellens der Umformkomponenten aus deren Offenstellung in deren Umformstellung ist das in einem Pressbereich, insbesondere dem zuvor beschriebenen Pressbereich, des Umformwerkzeugs zwischen den beiden Umformkomponenten gehaltene, während des Verstellens in dem Pressbereich an beiden Umformkomponenten abstützbare oder abgestützte Bauteil in eine in der zweiten Umformkomponente ausgebildete Negativform, insbesondere in die zuvor beschriebene Negativform, der herzustellenden Kante einpressbar.
In einem zweiten Schritt des Verfahrens wird eine ursprüngliche Grundfläche der ersten Umformkomponente erzeugt.
In einem weiteren, dritten Schritt wird das Aufmaßelement der ersten Umformkomponente in dem Pressbereich erzeugt, wobei das Aufmaßelement von der ursprünglichen Grundfläche beabstandet ist.
In einem weiteren, zum Beispiel vierten Schritt, wird eine Umformfläche der ersten Umformkomponente erzeugt, wobei die Umformfläche das in dem Pressbereich angeordnete Aufmaßelement und sich daran anschließende und mit dem Aufmaßelement verbundene, Grundflächenbereiche der ursprünglichen Grundflächen umfasst, sodass das Aufmaßelement die sich daran anschließenden Grundflächenbereiche überragt. Hierdurch ist das Bauteil zumindest in der Umformstellung in einem sich an den Pressbereich anschließenden Teilbereich von der zweiten Umformkomponente beabstandbar.
Mittels dieses Verfahrens ist ein besonders vorteilhaftes Verfahren zum Erzeugen eines Umformwerkzeugs, insbesondere des zuvor beschriebenen Umformwerkzeugs, bereitgestellt, da mittels des Aufmaßelements der ersten Umformkomponente die Umformfläche lokal modifiziert wird, wodurch der Pressbereich besonders klein ausgebildet wird. Ein besonders kleiner Pressbereich ist vorteilhaft, da - wie bereits oben beschrieben - beim Herstellen der Kante mittels des Umformwerkzeugs eine besonders geringe Prozesskraft vonnöten ist, wodurch das Umformwerkzeug besonders energieeffizient betrieben werden kann.
Es hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, dass eine ursprüngliche Aufmaßfläche des Aufmaßelements erzeugt wird, deren Form, Maße und Verlauf jenen eines Teils der Grundfläche entsprechen, zu welchem das die ursprüngliche Aufmaßfläche aufweisende Aufmaßelement raumparallel verschoben, das heißt offsetiert ist. Anders ausgedrückt wird beim Erzeugen des Umformwerkzeugs ein Teil der ursprünglichen Grundfläche der ersten Umformkomponente kopiert, sodass die Kopie des Teils eine Geometrie aufweist, welche zumindest im Wesentlichen einer Geometrie des originalen Teils der Grundfläche entspricht. Dann wird die Kopie des Teils der Grundfläche, bei welchem es sich um die ursprüngliche Aufmaßfläche des Aufmaßelements handelt, bezogen auf den originalen Teil der Grundfläche, von welchem die Kopie abstammt, raumparallel verschoben. Zwischen Punkten, insbesondere Raumpunkten des kopierten Teils und entsprechenden (Raum-)Punkten des ursprünglichen Teils entsteht beim bzw. durch das Offsetieren jeweils ein Vektor, welcher auf dem Teil der ursprünglichen Grundfläche und auf dem kopierten Teil senkrecht steht. Hierbei weisen die Vektoren eine gleiche Länge auf. So ist auf besonders einfache Art und Weise das Aufmaßelement erzeugbar.
Wenigstens ein Maß der ursprünglichen Aufmaßfläche kann um wenigstens ein Modifikationsmaß geändert werden, wodurch aus der ursprünglichen Aufmaßfläche eine endgültige Aufmaßfläche des Aufmaßelements erzeugt wird. Insbesondere kann mittels des wenigstens einen Modifikationsmaßes ein Radius der ursprünglichen Aufmaßfläche geändert werden, beispielsweise derart, dass dieser größer ist als ein Radius des Teils der Grundfläche, von welchem die ursprüngliche Aufmaßfläche abstammt. Ferner kann zum Beispiel ein Bogen der ursprünglichen Aufmaßfläche, insbesondere bei zumindest im Wesentlichen gleichbleibender Bogenlänge, gestaucht werden, sodass sich in der Folge für das ursprüngliche Aufmaßelement ein Radius ergibt, welcher kleiner ist als der Radius des Teils der Grundfläche, von welchem die ursprüngliche Aufmaßfläche abstammt. Das bedeutet, dass es sich bei dem mittels des wenigstens einen Modifikationsmaßes geänderten Radius der endgültigen Aufmaßfläche insbesondere um den zuvor beschriebenen Radius des Aufmaßelements handeln kann, welcher kleiner ist als ein Innenradius der Negativform. Es können noch weitere Modifikationsmaße vorgesehen sein, mittels welchen bzw. anhand welcher beispielsweise eine Bogenlänge, eine Radiusursprungslage etc., geändert werden. Hierdurch ist es besonders einfach und/oder aufwandsarm möglich, das endgültige Aufmaßelement bedarfsgerecht, das heißt angepasst an die gewünschte Kante des Bauteils, zu erzeugen bzw. zu erstellen.
Es ist von besonderem Vorteil, wenn die Grundflächenbereiche und die Aufmaßfläche über jeweilige Übergangsflächen stetig ineinander übergehen. Insbesondere kann eine jeweilige Übergangsfläche stetig in den entsprechenden Gundflächenbereich und/oder die Aufmaßfläche übergehen. Es ist zum Beispiel denkbar, dass die jeweilige Übergangsfläche tangentenstetig in den entsprechenden Gundflächenbereich und/oder die Aufmaßfläche übergeht. Indem die jeweiligen Übergangsflächen stetig oder homogen ausgebildet werden, ist gewährleistet, dass das mittels der beiden Umformkomponenten bearbeitete bzw. umgeformte Bauteil keiner räumlich besonders eng begrenzten, beispielsweise kerbwirkenden Belastung, ausgesetzt wird, wodurch das Bauteil geschwächt werden würde.
Eine jeweilige Blechformteilkante oder Charakterkante, also auch die hierin beschriebene Kante, sind tatsächlich durch eine Freiformfläche oder mehrere Freiformflächen definiert bzw. gebildet, während im Hinblick auf eine besonders einfache Beschreibung der Erfindung auf Radien Bezug genommen wird. In diesem Zusammenhang ist zu verstehen, dass diese Erfindung nicht auf reine Radien beschränkt ist, sondern in gleicher Weise auf Freiformflächen anwendbar ist, wobei die jeweiligen Freiformflächen, welche die Kante definieren, wenigstens einen Radius oder eine Vielzahl von Radien aufweisen können.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.
Ein erfindungsgemäßes Umformwerkzeug zum Herstellen einer Kante an einem Bauteil, ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen einer Kante an einem Bauteil sowie ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Erzeugen eines Umformwerkzeugs werden nun anhand eines jeweiligen bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen gemeinsam näher erläutert. Es zeigen:

1 in schematischer Schnittdarstellung ein Umformwerkzeug mit einer ersten und einer zweiten Umformkomponente und einem Bauteil; und
2 zur Verdeutlichung eines Verfahrens zum Erzeugen des Umformwerkzeugs in schematischer Darstellung eine Umformfläche und ein Aufmaßelement der ersten Umformkomponente.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Umformwerkzeug 1 mit einer insbesondere als Stempel ausgebildeten, ersten Umformkomponente 2 und einer insbesondere als Matrize ausgebildeten, zweiten Umformkomponente 3. Zwischen den beiden Umformkomponenten 2, 3 ist ein Bauteil 4 angeordnet, welchem mittels des Umformwerkzeugs 1 eine Kante 5 verliehen werden soll. Bei der Kante 5 handelt es sich um eine Krümmung mit einem besonders kleinen Radius, zum Beispiel einem Kantenradius 6. Handelt es sich bei dem Bauteil 4 um ein Außenhautbauteil eines Kraftfahrzeugs, kann dem Erscheinungsbild des Kraftfahrzeugs mittels der Kante 5 ein besonderer, zum Beispiel sportlicher Charakter verliehen werden. Das bedeutet, dass es sich bei der Kante 5 um eine sogenannte Charakterkante handeln kann. Ferner kann die Kante 5 eine technische Funktion innehaben, beispielsweise als Ableiteinrichtung für an der Außenhaut des Kraftfahrzeugs entlangrinnendes Wasser dienen. Eine derartige Charakterkante kann sich an der Außenhaut des Kraftfahrzeugs über mehrere, zueinander benachbarte Außenhautbauteile erstrecken, sodass eine hohe Reproduzierbarkeit beim Herstellen der Kante 5 wünschenswert ist. Mit anderen Worten ist es wünschenswert, dass bei einem Herstellen von einer Vielzahl von Kanten 5, insbesondere bei einer Serienproduktion, die jeweiligen Kanten 5 jeweils möglichst exakt einer Herstellvorgabe der Kante 5 folgen.
Die erste Umformkomponente oder der Stempel 2 und die zweite Umformkomponente oder Matrize 3 korrespondieren miteinander, beispielsweise so, dass der Stempel 2 in die Matrize 3 zumindest teilweise eingreifen kann. Bei dem Umformwerkzeug 1 kann es sich zum Beispiel um eine Tiefziehmaschine handeln, mittels welcher das Bauteil 4 verformbar bzw. umformbar ist.
Das erste und das zweite Umformkomponente 2, 3 bzw. der Stempel 2 und die Matrize 3 sind in eine Offenstellung verstellbar, in welcher das Umformwerkzeug 1 mit dem Bauteil 4 beschickbar ist. Bei dem Bauteil 4 kann es sich beispielsweise um ein Blechteil handeln, welches mittels des Umformwerkzeugs 1 umformbar ist bzw. welchem mittels des Umformwerkzeugs 1 die Kante 5 verleihbar ist. Das bedeutet, dass das Bauteil 4 im vorliegenden Fall, um mittels des Umformwerkzeugs 1 umformbar zu sein, zwischen den Stempel 2 und die Matrize 3 anzuordnen, zum Beispiel einzuspannen ist, wozu die beiden Umformkomponenten 2, 3 in die Offenstellung verstellbar sind. In der Offenstellung ist ein Abstand 7 zwischen dem Stempel 2 und der Matrize 3 besonders groß ausgebildet, sodass es besonders einfach möglich ist, dem Umformwerkzeug 1 das Bauteil 4 bereitzustellen. Beispielsweise kann das Blechteil 4 zumindest teilweise automatisch und/oder manuell zwischen den Stempel 2 und die Matrize 3 in das Umformwerkzeug 1 eingelegt werden. Das Umformwerkzeug 1 kann eine an sich bekannte Haltevorrichtung aufweisen, mittels welcher das in das Umformwerkzeug 1 eingelegte Bauteil 4 positionsfest in dem Umformwerkzeug 1 halterbar und/oder einspannbar ist.
Die beiden Umformkomponenten 2, 3 bzw. der Stempel 2 und die Matrize 3 sind aus der Offenstellung in eine Umformstellung verstellbar. Da bei diesem Verstellen der beiden Umformkomponenten 2, 3 aus deren Offenstellung in deren Umformstellung das Bauteil 4 zwischen dem Stempel 2 und der Matrize 3 angeordnet bzw. gehaltert ist, ist das Bauteil 4 aufgrund des Verstellens bzw. durch das Verstellen der beiden Umformkomponenten 2, 3 aus deren Offenstellung in deren Umformstellung umformbar. Üblicherweise wird dem zwischen dem Stempel 2 und der Matrize 3 gehaltenen Bauteil 4 bei dem Verstellen der beiden Umformkomponenten 2, 3 aus deren Offenstellung in deren Umformstellung, das heißt bei einem Umformvorgang, insbesondere Tiefziehvorgang, eine Gestalt bzw. Geometrie verliehen, die zumindest im Wesentlichen einer Geometrie des Stempels bzw. des ersten Umformelements 2 entspricht. Hierbei kommt das beispielsweise metallische und/oder Kunststoff aufweisende Bauteil 4 vorrangig in direkten bzw. unmittelbaren Kontakt mit dem Stempel 2. Mit anderen Worten ist eine Geometrie der Matrize 3 derart ausgestaltet, dass das Bauteil 4 nach dem Verstellen an einer von dem Stempel 3 abgewandten Bauteilsichtseite 8 eine gewünschte Form, insbesondere die gewünschte Kante 5, aufweist. Das bedeutet, dass bei einem herkömmlichen Herstellen der Kante 5 das Bauteil 4 lediglich einem reinen Tiefziehvorgang unterworfen ist, welcher jedoch prinzipbedingt besonders hohe Ergebnisschwankungen aufweist. Mit anderen Worten ist die durch ein reines Tiefziehen hergestellte Kante 5 besonders schlecht reproduzierbar, da es hauptsächlich im Bereich der Kante 5 zu einem Dehnen und infolge dessen zu einer Ausdünnung einer Materialstärke des Bauteils 4 kommt. Daher ist vorgesehen, das Bauteil 4 in einem Pressbereich 9 an dem Stempel 2 und an der Matrize 3, das heißt an beiden Umformkomponenten 2, 3, abzustützen und in eine der Matrize 3 ausgebildeten Negativform 10 der herzustellenden Kante 5 einzupressen. Das bedeutet, dass das Umformen des Bauteils 4 mittels des Umformwerkzeugs 1 ein Form- und/oder Fließpressen bzw. Kaltschmieden aufweist.
Um nun der Kante 5 besonders effizient einen besonders kleinen Kantenradius 6 zu verleihen, weist eine Umformfläche 11 des Stempels 2 im Pressbereich 9 ein Aufmaßelement 12 auf, welches sich an das Aufmaßelement 12 anschließende Grundflächenbereiche 13 der Umformfläche 11 seitlich überragt. Das Aufmaßelement 12, welches auch Kaltschmiedeband oder Markanzband genannt werden kann, bildet einen Vorsprung der Umformfläche 11 bzw. des Stempels 2. Die Umformfläche 11 des Stempels 2 ist bei dem Verstellen der beiden Umformkomponenten 2, 3 aus deren Offenstellung in deren Umformstellung in direktem Kontakt mit dem umzuformenden Bauteil 4. Das bedeutet, dass eine der Bauteilsichtseite 8 gegenüberliegende Innenseite 14 des Bauteils 4 der Umformfläche 11 des Stempels 2 entgegengesetzt ist und direkt daran angrenzt.
Aufgrund des die Umformfläche 11 überragenden Aufmaßelements 12 ist das Bauteil 4 zumindest in der Umformstellung in einem sich an den Pressbereich 9 anschließenden Teilbereich 15 von der Matrize 3 beabstandbar. Mit anderen Worten handelt es sich bei dem Pressbereich 9 um einen lokal begrenzten Bereich des Umformwerkzeugs 1, sodass das Bauteil 4 abseits des Pressbereichs 9 in der Umformstellung mit lediglich einem der beiden Umformkomponenten 2, 3, insbesondere lediglich mit dem Stempel 2, in direktem Kontakt steht. Dies ist unter anderem daher vorteilhaft, da eine zum Herstellen der Kante 5 aufzuwendende Presskraft, mittels welcher der Stempel 2 und die Matrize 3 in deren Umformstellung bewegt bzw. verstellt werden, geringer ist als bei einem herkömmlichen Umformwerkzeug ohne dem Aufmaßelement 12, bei welcher das umzuformende Bauteil besonders großflächig, das heißt auch außerhalb des Pressbereichs 5, in beidseitigem Kontakt mit den beiden Umformkomponenten steht.
Das Aufmaßelement 12 weist vorliegend einen Aufmaßradius 16 auf, welcher kleiner ausgebildet ist als ein Grundflächenradius 17. Damit ist der Aufmaßradius 16 wesentlich kleiner als ein Innenradius 18 der Negativform 10, wobei sich der Innenradius 18 und der Kantenradius 6 zumindest im Wesentlichen entsprechen können. Durch den besonders klein ausgebildeten Aufmaßradius 16 ist durch das Verstellen der beiden Umformkomponenten bzw. des Stempels 2 und der Matrize 3 in deren Umformstellung das zwischen den beiden Umformkomponenten 2, 3 gehaltene Bauteil 4 lokal begrenzt in den Pressbereich 9 einpressbar.
Üblicherweise ist der gewünschte Kantenradius 6 aus dem Grundflächenradius 17 und einer Materialdicke bzw. -stärke oder Blechdicke bzw. -stärke 19 des zu verformenden Bauteils 4 zusammengesetzt. Da der Aufmaßradius 16 kleiner ist als der Innenradius 18 der Negativform 10 kann der Aufmaßradius 16 kleiner als eine aus dem gewünschten Kantenradius 6 und einem Bruchteil der Materialdicke 19 gebildeten Differenz sein. Dies ist insofern vorteilhaft, als dann in der Umformstellung im Pressbereich 9 ein Abstand zwischen der Negativform 10 und dem ersten Umformkomponente 2 bzw. dessen Aufmaßelement 12 geringer ist als die Materialdicke 19, sodass das umzuformende Bauteil 4 besonders effizient in die Negativform 10 einpressbar ist.
Es ist des Weiteren in 1 zu erkennen, dass ein Radiusursprung 20 des Kantenradius 6 bzw. des Innenradius 18 der Negativform 10 und ein von dem Radiusursprung 20 unterschiedlicher, weiterer Radiusursprung 21 des Aufmaßradius 16 auseinanderfallen können.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen der Kante 5 an dem Bauteil 4 mittels des Umformwerkzeugs 1 werden Stempel 2 und die damit korrespondierende Matrize 3 des Umformwerkzeugs 1 aus der Offenstellung, in welcher das Umformwerkzeug 1 mit dem Bauteil 4 beschickt wird, in die Umformstellung verstellt, wodurch in den Pressbereich 9 des Umformwerkzeugs 1 das während des Verstellens in den Pressbereich 9 an dem Stempel 2 und an der Matrize 3 abgestützte Bauteil 4 in die in der Matrize 3 ausgebildete Negativform 10 der herzustellenden Kante 5 eingepresst. Um die Kante 5 an dem Bauteil 4 besonders effizient auszubilden bzw. herzustellen, weist die Umformfläche 11 des Stempels 2 in dem Pressbereich 9 das Aufmaßelement 12 auf, welches sich seitlich an das Aufmaßelement 12 anschließende Grundflächenbereiche 13 der Umformfläche 11 überragt, wodurch das Bauteil 4 zumindest in der Umformstellung in den sich an dem Pressbereich 9 anschließenden Teilbereichen 15 von der Matrize 3 beabstandet wird.
Die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Umformwerkzeug 1 beschriebenen Vorteile und/oder Ausgestaltungen bzw. Weiterbildungen gelten uneingeschränkt für das erfindungsgemäße Verfahren zum Erzeugen der Kante 5 an dem Bauteil 4 und umgekehrt.
An dem Pressbereich 9 kann sich ein Teilbereich 15 oder können sich mehrere Teilbereiche 15 direkt seitlich anschließen. Der jeweilige Teilbereich 15 und der Pressbereich 9 können jeweils ineinander übergehen, ohne dass ein abrupter, zum Beispiel unstetiger oder nicht homogener Übergang zwischen dem jeweiligen Teilbereich 15 und dem Pressbereich 9 auszumachen ist.
Um auf besonders vorteilhafte Weise das Umformwerkzeug 1 zu erzeugen, ist erfindungsgemäß ein Verfahren zum Herstellen des Umformwerkzeugs 1 vorgeschlagen. Hierzu wird auf eine Zusammenschau der 1 und der 2. verwiesen, in welcher zur Verdeutlichung des Verfahrens zum Erzeugen des Umformwerkzeugs 1 in schematischer Darstellung die Umformfläche 11 und das Aufmaßelement 12 des Stempels 2 gezeigt sind. In einem ersten Schritt des Verfahrens werden der Stempel 2 und die damit korrespondierende Matrize 3 erzeugt. Beim Erzeugen bzw. mittels des Erzeugens der beiden Umformkomponenten 2, 3 wird der Pressbereich 9 erzeugt, welcher durch miteinander korrespondierende Geometrien des Stempels 2 und der Matrize 3 gebildet wird. Ferner wird an bzw. in der Matrize 3 die Negativform 10 erzeugt, die der Kante 5 bei einem Einpressen des Bauteils 4 in die Negativform 10 eine Kantengeometrie, insbesondere der Kante 5, verleiht.
Beim Erzeugen des Stempels 2 wird eine ursprüngliche Grundfläche 22 des Stempels 2 erzeugt. Diese ursprüngliche Grundfläche 22 ist als ein virtueller Baustein Stempels 2 anzusehen. Denn in einem weiteren Schritt des Verfahrens erfolgt ein Erzeugen des Aufmaßelements 12 des Stempels 2, wobei das Aufmaßelement 12 in dem Pressbereich 9 angeordnet ist. Das Aufmaßelement 12 ist über einen Abstand 23 von der ursprünglichen Grundfläche 22 beabstandet.
Das Verfahren umfasst des Weiteren ein Erzeugen der Umformfläche 11 des ersten Umformkomponentes 2, wobei die Umformfläche 11 das in dem Pressbereich 9 angeordnete Aufmaßelement 12 und sich daran anschließende und mit dem Aufmaßelement 12 verbundene Grundflächenbereiche 13 der ursprünglichen Grundfläche 22 umfasst. Da das Aufmaßelement 12 über den Abstand 23 von der ursprünglichen Grundfläche 22 beabstandet ist, überragt das Aufmaßelement 12 seitlich die sich daran anschließenden Grundflächenbereiche 13, wodurch das Bauteil 4 zumindest in der Umformstellung in dem sich an den Pressbereich 9 Teilbereich 15 von der Matrize 3 beabstandbar ist.
Mit anderen Worten wird die Umformfläche 11 der ersten Umformkomponente 2 bzw. des Stempels 2 jeweils anteilig durch die Grundflächenbereiche 13 und eine von der ursprünglichen Grundfläche 22 über den Abstand 23 beabstandete Aufmaßfläche 24 gebildet. Anders ausgedrückt gehen ein jeweiliger Grundflächenbereich 13 und die Aufmaßfläche 24 jeweils, insbesondere nahtlos, ineinander über.
Die Aufmaßfläche 24 des Aufmaßelements 12 kann beispielsweise erzeugt werden, indem eine ursprüngliche Aufmaßfläche erzeugt wird, deren Geometrie, das heißt deren Form, Maße und/oder Verlauf, einer Geometrie eines Teils 25 der Grundfläche 22 entspricht. Mit anderen Worten kann beim Erzeugen der Aufmaßfläche 24 vorgesehen sein, den Teil 25 der Grundfläche 22 zu kopieren. Dann ist die Kopie des Teils 25 gleich der ursprünglichen Aufmaßfläche des Aufmaßelements 12 und diese Kopie der ursprünglichen Aufmaßfläche wird beim Erzeugen der Aufmaßfläche 24 des Aufmaßelements 12 zu dem originalen Teil 25 der Grundfläche 22 raumparallel verschoben bzw. offsetiert. Dementsprechend sind die jeweilige Geometrie des Teils 25 und die der ursprünglichen Aufmaßfläche 24 zueinander kongruent, wobei zwischen Punkten, zum Beispiel Raumpunkten, des Teils 25 und (Raum-)Punkten der ursprünglichen Aufmaßfläche 24 ein jeweiliger Vektor verläuft. Ein jeweiliger Vektor steht dann senkrecht auf dem Teil 25 und auf der ursprünglichen Aufmaßfläche 24.
Beispielsweise kann das Offsetieren der ursprünglichen Aufmaßfläche des Aufmaßelements 12 zu dem Teil 25 der Grundfläche 22 ein raumparalleles Verschieben um den Abstand 23 aufweisen.
Um den Aufmaßradius 16 besonders klein ausbilden zu können, kann das Erzeugen des Aufmaßelements 12 ein Ändern wenigstens eines Maßes der ursprünglichen Aufmaßfläche um wenigstens ein Modifikationsmaß 26 umfassen. Hierdurch wird aus der ursprünglichen Aufmaßfläche die endgültige Aufmaßfläche 24 des Aufmaßelements 12 erzeugt. Beispielsweise können ein erstes Ende 27 der ursprünglichen Aufmaßfläche und ein erstes Ende 28 der endgültigen Aufmaßfläche 24 um das Modifikationsmaß 26 voneinander beabstandet werden. Auf analoge Weise können ein zweites Ende 29 der ursprünglichen Aufmaßfläche und ein zweites Ende 30 der endgültigen Aufmaßfläche 24 über ein Modifikationsmaß 31 voneinander beabstandet werden. Das bedeutet, dass eine Länge 32 der ursprünglichen Aufmaßfläche bzw. des Teils 25 der ursprünglichen Aufmaßfläche und eine Länge 33 der endgültigen Aufmaßfläche 24 unterschiedlich ausgebildet sind. Besonders bevorzugt ist es, wenn das Modifikationsmaß 26 und das Modifikationsmaß 31 zumindest im Wesentlichen gleich groß ausgebildet sind.
Wie bereits in Zusammenhang mit 1 beschrieben, können die jeweiligen Radiusursprünge 20, 21 auseinanderfallen. Das bedeutet, dass die beiden Radiusursprünge 20, 21 über ein Modifikationsmaß 34 bzw. um einen Modifikationsvektor 34 voneinander beabstandet sein können. Es ist zu verstehen, dass die Modifikationsmaße 26, 31, 34 zwar in 1 und 2 lediglich zweidimensional darstellbar sind, die Modifikationsmaße 26, 31, 34 aber tatsächlich jeweils als ein dreidimensionaler Modifikationsvektor ausgebildet sein können. Hierbei ist denkbar, dass sich einer oder mehrere der Modifikationsvektoren 26, 31, 34 ergeben kann/können, indem einer oder mehrere der anderen Modifikationsvektoren 26, 31, 34 aktiv verändert werden. Besonders bevorzugt ergibt sich der Modifikationsvektor 34, mittels welchem die beiden Radiusursprünge 20, 21 voneinander beabstandet sind, aus einem Verändern der Modifikationsvektoren 26 und/oder 31.
Das Erzeugen des Aufmaßelements 12 kann des Weiteren ein Erzeugen von Übergangsflächen 35 aufweisen, welche jeweils zwischen einem jeweiligen Grundflächenbereich 13 und der Aufmaßfläche 24 angeordnet sind, sodass ein jeweiliger Grundflächenbereich 13 und die Aufmaßfläche 24 über die jeweiligen Übergangsflächen 35 stetig ineinander übergehen. Auf diese Weise ist wirksam verhindert, dass das umzuformende Bauteil 4 im Pressbereich 9 mittels des Aufmaßelements 12 des Umformwerkzeugs 1 eingekerbt wird, sodass das umgeformte Bauteil 4 besonders stabil ist und keine Oberflächendefekt aufweist. Ein jeweiliges von der Aufmaßfläche 24 entferntes Ende 36 der jeweiligen Übergangsfläche 35 liegt auf der ursprünglichen Grundfläche 22 bzw. auf einem jeweiligen Grundflächenbereich 13. Ein jeweiliges, der Aufmaßfläche 24 nah angeordnetes Ende 37 fällt jeweils mit dem ersten Ende 28 bzw. mit dem zweiten Ende 30 der Aufmaßfläche 24 zusammen. Die Übergangsflächen 35 können zumindest im Wesentlichen plan bzw. eben ausgebildet sein. Es ist genauso gut denkbar, dass die jeweiligen Übergangsflächen 35 eine jeweilige Krümmung aufweisen, um einen besonders stetigen Übergang zwischen den Grundflächenbereichen 13 und den Übergangsflächen 35 bzw. zwischen den Übergangsflächen 35 und der Aufmaßfläche 24 zu gewährleisten. Das Aufmaßelement 12 umfasst also dementsprechend die erste Übergangsfläche 35, welche sich an dem Ende 36 an den Grundflächenbereich 13 anschließt. Des Weiteren umfasst das Aufmaßelement 12 die sich an die erste Übergangsfläche 35 anschließende Aufmaßfläche 24, woran sich die zweite Übergangsfläche 35 anschließt, welche an deren Ende 36 wieder in den Grundflächenbereich 13 übergeht. Mittels des Aufmaßelements 12 ist demnach die ursprüngliche Grundfläche 22 des Stempels 2 lokal modifiziert bzw. erhöht. Diese örtliche Modifikation bzw. Erhöhung erfolgt auf einer Länge der ursprünglichen Grundfläche 22, welche sich aus einer Länge 38 der ersten Übergangsfläche 35, der Länge 32 der ursprünglichen Aufmaßfläche und einer Länge 39 der weiteren Übergangsfläche 35 zusammensetzt.
Eine Geometrie und/oder eine Position des Aufmaßelements 12 können/kann alternativ oder zusätzlich mittels eines Änderns bzw. Variierens des Abstandes 23, der Länge 38 und/oder der Länge 39 verändert werden. Das bedeutet, dass der Abstand 23 und die Längen 38, 39 jeweils als ein Modifikationsmaß betrachtet werden können.
Unter einem Erzeugen ist hierin zumindest ein Erstellen eines Konstruktionsplanes der zuvor beschriebenen Elemente, zum Beispiel der Umformkomponentee 2, 3, der Grundfläche 22, des Aufmaßelements 12, der Umformfläche 11 etc., zu verstehen. Der Konstruktionsplan ist insbesondere als ein mittels einer elektronischen Datenverarbeitung bearbeitbarer und/oder weiterverarbeitbarer Geometriedatensatz ausgebildet. Ferner kann das Erzeugen jener Elemente, zum Beispiel in einem letzten Verfahrensschritt, ein tatsächliches Herstellen bzw. Fertigen jener Elemente umfassen, insbesondere ein Urformen, Umformen, Trennen, Fügen, Beschichten und/oder Ändern von Stoffeigenschaften etc.
Insgesamt zeigt die Erfindung, wie die Kante 5 mit dem besonders kleinen Kantenradius 6 im Gegensatz zu herkömmlichen Umformwerkzeugen, bei welchen Umformkomponenten zueinander global und/oder konstant offsetiert sind, effizienter herstellen lässt. Beispielsweise kann der Kantenradius 6 aus einem Wertebereich von 1 mm bis 20 mm, bevorzugt 10 mm bis 12 mm, besonders bevorzugt 4 mm bis 8 mm stammen. Es ist zu berücksichtigen, dass ein kleinstmöglicher Kantenradius 6 mindesten der Materialdicke 19 des umzuformenden Bauteils entspricht.
Mittels des erfindungsgemäßen Umformwerkzeugs 1 bzw. mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen der Kante 5 an dem Bauteil 4 sowie mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erzeugen des Umformwerkzeugs 1 ist es auf besonders vorteilhafte Art und Weise möglich, eine Stempelgeometrie im Bereich von Charakterkanten an Außenhautbauteilen für Kraftfahrzeuge lokal zu modifizieren bzw. örtlich anzuheben. Dieses lokale Modifizieren bzw. örtliche Anheben erfolgt insbesondere auf Basis einer Ausdünnung des Bauteils 4 im Bereich des Kantenradius 6, wobei diese Ausdünnung beispielsweise mittels Simulationen und/oder Messungen bestimmt werden kann. Des Weiteren können in das lokale Modifizieren der Stempelfläche wenigstens ein Materialparameter (Art, Zähigkeit, Härte etc.) des Bauteils 4 und/oder eine Ausgangsblechdicke eingehen. Über das Aufmaßelement 12 wird das Bauteil 4 über den Stempel 2 in die Matrize 3 gepresst oder eingepresst. Die Matrize 3 gibt somit eine Geometrie der Bauteilsichtseite 8 vor. Um eine ausreichende Pressung des Bauteils 4 in der Matrize 3 herzustellen, wird eine Ausgestaltung des Aufmaßelements 12 so gewählt, dass ein Abstand zwischen den beiden Umformkomponenten 2, 3 im Pressbereich 9 geringfügig kleiner ist als die Ausgangsblechdicke bzw. die Materialdicke 19 des Bauteils 4. Mit anderen Worten ist eine Höhe des Aufmaßelements 12 im Vergleich zu einer aufgrund einer lokalen Ausdünnung beim Umformen verringerten Bauteildicke des Bauteils 4 im Pressbereich 9 geringfügig größer, zum Beispiel um einen Bruchteil der Materialdicke bzw. einer Blechdicke des umzuformenden Bauteils, oder gleich auszubilden. Hierbei wurde die lokale Ausdünnung anhand eines herkömmlichen Umformwerkzeugs, das heißt ohne einem Aufmaßelement 12, simuliert.
Anders als beim Stand der Technik erfolgt eine Formgebung der Bauteilsichtseite 8 nicht undefiniert über lediglich den Stempel 2, sondern beidseitig definiert über beide Umformkomponenten 2, 3, das heißt über den Stempel 2 und die Matrize 3. Durch einen Einsatz des stempelseitigen Aufmaßelements 12 kann somit ein definierter bzw. vorgegebener Kantenradius 6 auf der Bauteilsichtseite 8 generiert werden, welcher im Idealfall einen Matrizenradius bzw. dem Innenradius 18 der Negativform 10 der Matrize entspricht.
Bezugszeichenliste

1: Umformwerkzeug
2: erste Umformkomponente
3: zweite Umformkomponente
4: Bauteil
5: Kante
6: Kantenradius
7: Abstand
8: Bauteilsichtseite
9: Pressbereich
10: Negativform
11: Umformfläche
12: Aufmaßelement
13: Grundflächenbereich
14: Innenseite
15: Teilbereich
16: Aufmaßradius
17: Grundflächenradius
18: Innenradius
19: Materialdicke
20: Radiusursprung
21: Radiusursprung
22: Grundfläche
23: Abstand
24: Aufmaßfläche
25: Teil
26: Modifikationsmaß
27: Ende
28: Ende
29: Ende
30: Ende
31: Modifikationsmaß
32: Länge
33: Länge
34: Modifikationsmaß
35: Übergangsfläche
36: Ende
37: Ende
38: Länge
39: Länge

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 102013019634 A1 [0004]
DE 102014017920 A1 [0005]
DE 102013007352 A1 [0006]

Claims

Umformwerkzeug (1) zum Herstellen einer Kante (5) an einem Bauteil (4), mit einer ersten Umformkomponente (2) und mit einer damit korrespondierenden, zweiten Umformkomponente (3), welche aus einer Offenstellung, in welcher das Umformwerkzeug (1) mit dem Bauteil (4) beschickbar ist, in eine Umformstellung verstellbar sind, wodurch in einem Pressbereich (9) des Umformwerkzeugs (1) das während des Verstellens in dem Pressbereich (9) an beiden Umformkomponenten (2, 3) abstützbare Bauteil (4) in eine in der zweiten Umformkomponente (3) ausgebildete Negativform (10) der herzustellenden Kante (5) einpressbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Umformfläche (11) der ersten Umformkomponente (2) in dem Pressbereich (9) ein Aufmaßelement (12) aufweist, welches sich an das Aufmaßelement (12) anschließende Grundflächenbereiche (13) der Umformfläche (11) überragt, wodurch das Bauteil (4) zumindest in der Umformstellung in einem sich an den Pressbereich (9) anschließenden Teilbereich (15) von der zweiten Umformkomponente (3) beabstandbar ist.
Umformwerkzeug (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufmaßelement (12) einen Radius (16) aufweist, welcher kleiner ist als ein Innenradius (18) der Negativform (10).
Umformwerkzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Umformkomponente (2) als ein Stempel und die zweite Umformkomponente (3) als eine Matrize ausgebildet ist.
Verfahren zum Herstellen einer Kante (5) an einem Bauteil (4) mittels eines Umformwerkzeugs (1), bei welchem eine erste Umformkomponente (2) und eine damit korrespondierende, zweite Umformkomponente (3) des Umformwerkzeugs (1) aus einer Offenstellung, in welcher das Umformwerkzeug (1) mit dem Bauteil (4) beschickt wird, in eine Umformstellung verstellt werden, wodurch in einem Pressbereich (9) des Umformwerkzeugs (1) das während des Verstellens in dem Pressbereich (9) an beiden Umformkomponenten (2, 3) abgestützte Bauteil (4) in eine in der zweiten Umformkomponente (3) ausgebildete Negativform (10) der herzustellenden Kante (5) eingepresst wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Umformfläche (11) der ersten Umformkomponente (2) in dem Pressbereich (9) ein Aufmaßelement (12) aufweist, welches sich an das Aufmaßelement (12) anschließende Grundflächenbereiche (13) der Umformfläche (11) überragt, wodurch das Bauteil (4) zumindest in der Umformstellung in einem sich an den Pressbereich (9) anschließenden Teilbereich (15) von der zweiten Umformkomponente (3) beabstandet wird.
Verfahren zum Erzeugen eines Umformwerkzeugs (1) zum Herstellen einer Kante (5) an einem Bauteil (4), mit den Schritten: - Erzeugen einer ersten Umformkomponente (2) und einer damit korrespondierenden, zweiten Umformkomponente (3) , welche aus einer Offenstellung, in welcher das Umformwerkzeug (1) mit dem Bauteil (4) beschickbar ist, in eine Umformstellung verstellbar sind, wodurch in einem Pressbereich (9) des Umformwerkzeugs (1) das zwischen den beiden Umformkomponenten (2, 3) gehaltene, während des Verstellens in dem Pressbereich (9) an beiden Umformkomponenten (2 ,3) abstützbare Bauteil (4) in eine in der zweiten Umformkomponente (3) ausgebildete Negativform (10) der herzustellenden Kante (5) einpressbar ist, - Erzeugen einer ursprünglichen Grundfläche (22) der ersten Umformkomponente (2); - Erzeugen eines Aufmaßelements (12) der ersten Umformkomponente (2) in dem Pressbereich (9), wobei das Aufmaßelement (12) von der ursprünglichen Grundfläche (22) beabstandet ist; und - Erzeugen einer Umformfläche (11) der ersten Umformkomponente (2), wobei die Umformfläche (11) das in dem Pressbereich (9) angeordnete Aufmaßelement (12) und sich daran anschließende und mit dem Aufmaßelement (12) verbundene Grundflächenbereiche (13) der ursprünglichen Grundfläche (22) umfasst, sodass das Aufmaßelement (12) die sich daran anschließenden Grundflächenbereiche (13) überragt, wodurch das Bauteil (4) zumindest in der Umformstellung in einem sich an den Pressbereich (9) anschließenden Teilbereich (15) von der zweiten Umformkomponente (3) beabstandbar ist.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine ursprüngliche Aufmaßfläche des Aufmaßelements (12) erzeugt wird, deren Form, Maße und Verlauf jenen eines Teils (25) der Grundfläche (22) entsprechen, zu welchem das die ursprüngliche Aufmaßfläche aufweisende Aufmaßelement (12) offsetiert ist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Maß der ursprünglichen Aufmaßfläche um wenigstens ein Modifikationsmaß (23, 26, 31, 34, 38, 39) geändert wird, wodurch aus der ursprünglichen Aufmaßfläche eine endgültige Aufmaßfläche (24) des Aufmaßelements (12) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundflächenbereiche (13) und die Aufmaßfläche (24) über jeweilige Übergangsflächen (35) stetig ineinander übergehen.