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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils sowie ein Formwerkzeug.
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Der Fokus liegt vorliegend auf Verfahren, welche mit Formwerkzeugen arbeiten, wie beispielsweise das Fließpressen. Die Verwendung von Formwerkzeugen bringt grundsätzlich einen Nachteil mit sich, als es sich bei derartigen Werkzeugen um sehr komplexe, in der Regel oft auch um große, und damit sehr teure Teile handelt. Problematisch ist dies insbesondere dann, wenn ein mit einem Formwerkzeug hergestelltes Bauteil einer Geometrieänderung bedarf. Eine gewisse Flexibilität stellt ein Formwerkzeug dar, wie es in der
WO 97/31771 offenbart ist. Dort ist ein Werkzeug zum Fließpressen gezeigt, welches zwei Formhälften umfasst. Jede der Formhälften besteht dabei aus einer Vielzahl einzelner Formteile, welche ausgetauscht werden können. Durch das Vorhalten entsprechend ausgebildeter Einzelformteile können so mit einem Werkzeug unterschiedliche Bauteile hergestellt werden. Schnelle Geometrieänderungen, wie sie beispielsweise im Prototypenbau verlangt werden, sind aber auch damit nicht realisierbar.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils, insbesondere mittels Fließpressen, sowie ein Formwerkzeug anzugeben, welche eine sehr flexible Fertigung bei gleichzeitig geringem Kostenaufwand ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Formwerkzeug gemäß Anspruch 5 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 mittels Fließpressen, die Schritte:
- - Bereitstellen eines Formwerkzeugs, umfassend eine Vielzahl von Formteilen, welche ausgelegt sind, eine Kavität zu formen, wobei zumindest ein Formteil eine Vielzahl von Einzelformteilen umfasst, wobei die Einzelformteile einen Abschnitt oder Bereich der Kavität bzw. Kontur des Formwerkzeugs bilden;
- - Bearbeiten zumindest eines Einzelformteils im ausgebauten Zustand zum bereichsweise Formen der Kavität oder Kontur des Formwerkzeugs;
- - Einbauen des zumindest einen Einzelformteils bzw. Komplettieren des Formteils und Verwenden des Formwerkzeugs.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Formwerkzeug ein Formwerkzeug zum Fließpressen, insbesondere zum Fließpressen von Sheet Moulding Compound (SMC). Der Aufbau derartiger Werkzeuge ist grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt. Entscheidend ist vorliegend, dass die einzelnen Formteile, beim Fließpressen insbesondere die Formhälften, mit Vorteil aus einer Vielzahl von Einzelformteilen aufgebaut sind. Dadurch ist es möglich, mit einem derartigen Formwerkzeug, bei entsprechender Bearbeitung der Einzelformteile, unterschiedliche Bauteilgeometrien darstellen zu können. Dabei sind die Einzelformteile mit Vorteil, anders als das Formwerkzeug oder bekannte Formteile als solche, eher klein und damit einfach in der Handhabung. Bei geometrischen Änderungen eines Bauteils muss nicht das ganze Formwerkzeug, sondern nur die betroffenen Einzelformteile ausgebaut und geändert werden, was zu deutlichen Zeitersparnissen führt und die Kosten verringert.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Bearbeiten einer Vielzahl von Einzelformteilen zum Formen einer stufenlosen Kontur.
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Mit Vorteil werden die benötigten Einzelformteile aus dem Formwerkzeug entnommen und individuell nachbearbeitet. Dabei erfolgt die Bearbeitung derart, dass die Einzelformteile in Summe wieder eine neue Werkzeugkontur, und damit ein neues Bauteil bzw. ein Bauteil mit einer zumindest bereichsweise angepassten Geometrie, formen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Bearbeiten ein mechanisches Bearbeiten. Typische Verfahren umfassen hierbei beispielsweise Fräsen, Schleifen, Sägen etc. Derartige Arbeiten sind von Hand aber auch maschinell, beispielsweise auf einem Bearbeitungszentrum, durchführbar. Alternativ umfasst das Bearbeiten auch das Aufbringen neuen Materials, wie beispielsweise das Auftragsschweißen, Beschichten etc.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Bearbeiten der Einzelformteile zum Herstellen unterschiedlicher Bauteile mit dem Formwerkzeug.
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Zweckmäßigerweise erfolgt die Bearbeitung der Einzelformteile derart, dass unterschiedliche Bauteile mit unterschiedlicher Geometrie mit an sich ein und demselben Formwerkzeug erzeugt werden können.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Formwerkzeug, insbesondere das Formwerkzeug zum Fließpressen, einen Grundrahmen. Mit Vorteil ist der Grundrahmen des Formwerkzeugs so gewählt, dass verschiedene Geometrien aus verschiedenen Projekten abgedeckt werden können. Zweckmäßigerweise ist der Grundrahmen größer als das größte geplante Bauteil. Das bevorzugt fließgepresste Bauteil (SMC oder GMT - glasmattenverstärkte Thermoplaste) hat somit zunächst nach dem Pressen eine (deutlich) größere Dimension (Tauchkantenverlauf außerhalb des Bauteils) und wird anschließend auf die gewünschten Maße beschnitten. Dadurch werden Fließfronten und Pressfehler in den späteren Beschnittbereich verlagert und das Bauteil weist eine höhere Qualität auf. Zusätzlich können alle Bauteile/Projekte auf demselben Grundrahmen gefertigt werden.
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Die Erfindung betrifft auch ein Formwerkzeug, umfassend eine Vielzahl von Formteilen, welche ausgelegt sind, in einer Schließstellung eine Kavität zum Herstellen eines Bauteils zu formen, wobei zumindest ein Formteil als Verstellwerkzeug ausgebildet ist, wobei das Verstellwerkzeug eine Vielzahl von Einzelformteilen aufweist, welche sich entlang einer Verstellrichtung erstrecken und wobei die Einzelformteile entlang der Verstellrichtung positionierbar und entnehmbar ausgebildet sind. Das Vorsehen der Einzelformteile ermöglicht die Herstellung unterschiedlicher Bauteile mit ein- und demselben Formwerkzeug. Zur individuellen Anpassung sind die Einzelformteile entnehmbar und insbesondere auch mit Vorteil positionierbar und arretierbar ausgebildet.
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Die Einzelformteile sind zweckmäßigerweise in einem Grundrahmen des Formwerkzeugs angeordnet. Der Grundrahmen wird gemäß einer Ausführungsform aus einer oberen Grundplatte und eine unteren Grundplatte gebildet oder geformt. Die Grundplatten sind Teil der Formteile.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Einzelformteile stufenlos und relativ zueinander positionierbar. Insbesondere sind die Einzelformteile individuell, also jedes für sich, positionierbar. Die Einzelformteile erstrecken sich jeweils entlang einer Längsachse. Entlang der Längsachse erstreckt sich die Verstellrichtung.
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Mit Vorteil sind die Einzelformteile lückenlos und spaltfrei nebeneinander angeordnet. Etwaige Unebenheiten, welche sich an den Stoßstellen der Einzelformteile ergeben, sind entweder unproblematisch oder werden, bei Bedarf, geschlossen, beispielsweise durch Aufbringen eines z. B. temperaturbeständigen, insbesondere formbaren, Materials.
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Als Material für die Einzelformteile kommt, wie auch für die Formteile selbst, bevorzugt ein metallischer Werkstoff, wie ein Aluminium- oder Stahlwerkstoff, zum Einsatz. Alternativ können auch nicht-metallische Werkstoffe verwendet werden. Mit Vorteil sind die Einzelformteile relativ zueinander durch Formschluss fixiert. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Einzelformteile im Querschnitt vieleckig, insbesondere sechseckig, ausgebildet. Alternative Geometrien, wie beispielsweise dreieckige, fünfeckige oder achteckige Querschnittsformen bzw. davon abweichenden Geometrien, auch unregelmäßige, sind ebenfalls möglich. Entscheidend ist, dass durch die Einzelformteile eine kontinuierliche, stetige Oberfläche zum Formen der Kavität gebildet werden kann.
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Gemäß einer Ausführungsform weisen die Einzelformteile auch eine unterschiedliche Geometrie auf. Gemäß einer Ausführungsform weist das Verstellwerkzeug nur in einem ausgewählten Bereich Einzelformteile auf, nämlich in einem Bereich, in welchem geometrische Änderungen zu erwarten sind. Alternativ ist das Verstellwerkzeug in seiner Gesamtheit aus Einzelformteilen gebildet.
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Gemäß einer Ausführungsform weisen die Einzelformteile jeweils eine Querschnittsfläche in einem Bereich von 9 bis 150 cm2 auf, insbesondere in einem Bereich von 20 bis 80 cm2. Einzelformteile dieser Größe sind gut zu handeln und erlauben sowohl eine leichte Montage bzw. Demontage wie auch Nachbearbeitung.
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Gemäß einer Ausführungsform sind die Einzelformteile unterschiedlich groß ausgebildet, insbesondere unterschiedlich groß in Bezug auf ihren Querschnitt.
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Gemäß einer Ausführungsform ist zumindest ein Einzelformteil zweiteilig ausgebildet, umfassend ein Basisteil und ein Endteil, welches austauschbar am Basisteil angeordnet ist, wobei das Endteil die Kavität bzw. Kontur formt bzw. mit formt. Mit Vorteil handelt es sich bei dem Endteil um ein Verschleißteil, welches bei Bedarf ausgetauscht werden kann, beispielsweise wenn eine weitere Bearbeitung nicht mehr möglich ist.
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Gemäß einer Ausführungsform sind die Einzelformteile in der Grundplatte bzw. im Grundrahmen angeordnet, wobei in der Grundplatte bzw. im Grundrahmen die Tauchkante des Formwerkzeugs ausgebildet ist. Mit Vorteil ist der Tauchkantenverlauf außerhalb des Bauteils und außerhalb des durch die Einzelformteile geformten Bereichs ausgebildet.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform liegt der Verlauf der Tauchkante in einer Ebene bzw. im Wesentlichen in einer Ebene. Mit anderen Worten ist der Verlauf der Tauchkante möglichst zweidimensional gehalten, wodurch die Abnutzung der Tauchkante gering gehalten werden kann.
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Gemäß einer Ausführungsform sind die Einzelformteile im Grundrahmen angeordnet, beispielsweise verschraubt. Gemäß einer Ausführungsform ist im Bereich des Grundrahmens eine Verstelleinrichtung ausgebildet, welche eine Positionierung der Einzelformteile entlang der Verstellrichtung ermöglicht. Alternativ kann an dieser Stelle mit Einlegeplatten oder Abstandshaltern gearbeitet werden.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Formwerkzeug ein Formwerkzeug zum Fließpressen, wie beispielsweise von SMC-Bauteilen, umfassend ein oberes Formteil und ein unteres Formteil, wobei das obere Formteil und das untere Formteil jeweils als Verstellwerkzeuge ausgebildet sind. Mit Vorteil umfasst das Formwerkzeug einen Grundrahmen, welcher so gewählt ist, dass verschiedene Geometrien abgedeckt werden können, insbesondere unterschiedlich große Bauteile. Zweckmäßigerweise ist der Grundrahmen größer als das größte geplante Bauteil. Das fließgepresste Bauteil hat somit zunächst nach dem Pressen eine deutlich größere Dimension (Tauchkantenverlauf außerhalb des Bauteils) und wird anschließend auf die gewünschten Maße beschnitten. Dadurch werden Fließfronten und Pressfehler in den späteren Beschnittbereich verlagert und das Bauteil erhält eine höhere Qualität. Mit Vorteil können alle Bauteile auf demselben Grundrahmen gefertigt werden.
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Obwohl vorliegend hinsichtlich des Formwerkzeugs insbesondere auf ein Werkzeug zum Fließpressen Bezug genommen wird, sind das Verfahren sowie das Formwerkzeug nicht auf diesen Aspekt beschränkt. Der vorgestellt Ansatz ist beispielsweise auch im Spritzguss oder im Bereich des Metallguss anwendbar. Im Spritzguss oder Metallguss liegt die Formtrennung bzw. die abdichtende Werkzeuggeometrie ebenfalls außerhalb des späteren Bauteils und somit außerhalb des mit Einzelformteilen geformten Bereichs im Grundrahmen. Auch hier wird die Abdichtung der zueinander bewegten Grundplatte möglichst zweidimensional gehalten, um eine hohe Standzeit zu gewährleisten.
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Für das Formwerkzeug gelten die im Zusammenhang mit dem Verfahren erwähnten Vorteile analog und entsprechend sowie umgekehrt.
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Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen von Formwerkzeugen bzw. Formteilen mit Bezug auf die beigefügten Figuren.
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Es zeigen:
- 1: eine schematische Ansicht eines Verstellwerkzeugs in einer Draufsicht auf die Einzelformteile;
- 2: eine schematische Seitenansicht eines Formwerkzeugs, umfassend zwei Verstellwerkzeuge.
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1 zeigt in einer schematischen Ansicht eine Draufsicht auf ein Verstellwerkzeug, umfassend eine Vielzahl von Einzelformteilen 20. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist nur eines mit einem Bezugszeichen versehen. Die Einzelformteile weisen im Querschnitt eine sechseckige Form auf. Die Anordnung erfolgt derart angrenzend und spaltfrei aneinander, dass durch die Einzelformteile 20 eine kontinuierliche Oberfläche 18 geformt wird. Die Einzelformteile 20 sind jeweils entlang einer Verstellrichtung V positionierbar, wobei diese vorliegend senkrecht zur Zeichenebene steht.
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2 zeigt in einer schematischen Ansicht eine Seitenansicht eines Formwerkzeugs, umfassend eine untere Grundplatte 14, in welcher eine Vielzahl von Einzelformteilen 20 angeordnet ist. Die untere Grundplatte 14 und die darin angeordneten Einzelformteile 20 bilden eine untere Formhälfte 16. Gegenüberliegend ist eine obere Formhälfte 15 ausgebildet, wobei diese durch eine obere Grundplatte 13 sowie entsprechend angeordnete Einzelformteile 20 gebildet wird. Das skizzierte Formwerkzeug weist vorliegend entsprechend zwei Formteile 12 auf. Die obere Grundplatte 13 sowie die untere Grundplatte 14 bilden zusammen einen Grundrahmen. Sowohl die obere Grundplatte 13 wie auch die untere Grundplatte 14 sind mit Vorteil konditionierbar ausgebildet, können also gekühlt oder erwärmt werden. Die Doppelpfeile, mit dem Bezugszeichen V versehen, deuten an, dass die Einzelformteile 20 verstellbar oder positionierbar ausgebildet sind. Die Einzelformteile 20 sind so bearbeitet, dass jeweils eine stetige bzw. kontinuierliche Oberfläche 18 geschaffen ist. Die obere Grundplatte 13 ist nach oben und unten verfahrbar ausgebildet, wie durch den Doppelpfeil P skizziert. Soll nun beispielsweise ein Bauteil hergestellt werden, welches im rechten Bereich eine andere Geometrie aufweisen soll, so werden nur die Einzelformteile 20 im rechten Bereich ausgebaut und entsprechend dieser neuen Geometrie bearbeitet. Entsprechend kann mit einem derartigen Formwerkzeug sehr schnell auf Änderungen reagiert werden, wobei sich die Kosten zur Realisierung dieser Änderungen durch die individuelle und lokale Bearbeitung auf ein Minimum reduzieren lassen. Mit Vorteil verläuft eine Tauchkante 19 des Formwerkzeugs im Grundrahmen und außerhalb des Bauteils bzw. des durch die Einzelformteile 20 geformten Bereichs. Bevorzugt liegt der Verlauf der Tauchkante 19 in einer Ebene bzw. im Wesentlichen in einer Ebene. Mit anderen Worten ist der Verlauf der Tauchkante 19 möglichst zweidimensional gehalten, wodurch vorteilhafterweise die Abnutzung der Tauchkante 19 gering gehalten werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Formwerkzeug
- 12
- Formteil
- 13
- (obere) Grundplatte
- 14
- (untere) Grundplatte
- 15
- obere Formhälfte
- 16
- untere Formhälfte
- 18
- Oberfläche
- 19
- Tauchkante
- 20
- Einzelformteil
- V
- Verstellrichtung
- P
- Doppelpfeil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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