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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln von Konstruktionsdaten zum Herstellen eines zum Umformen von Bauteilen vorgesehenen Umformwerkzeugs. Außerdem betrifft die Erfindung eine Verwendung eines solchen Verfahrens, eine elektronische Recheneinrichtung, ein Computerprogramm und ein computerlesbares Medium.
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Die
WO 02/10332 A1 offenbart ein Verfahren zum Umformen von Strukturbauteilen, welche einen plattenförmigen Grundkörper und ungefähr rechtwinklig davon ausgehende, einstückig mit dem Grundkörper verbundene, langgestreckte und ungefähr parallel zueinander verlaufende Rippen besitzen.
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Des Weiteren ist es aus dem allgemeinen Stand der Technik hinlänglich bekannt, dass zum Umformen von Bauteilen Umformwerkzeuge wie beispielsweise Pressen zum Einsatz kommen. Beispielsweise wird mittels des jeweiligen Umformwerkzeugs das jeweilige Bauteil tiefgezogen und dadurch umgeformt. Hierzu werden beispielsweise Werkzeugteile, insbesondere Werkzeughälften, des Umformwerkzeugs aufeinander zubewegt und dadurch geschlossen. Hierdurch wird das Bauteil umgeformt und dadurch beispielsweise aus einem Ursprungszustand in einen ersten verformten Zustand gebracht. Während die Werkzeugteile, zwischen welchen beispielsweise das Bauteil angeordnet ist, geschlossen gehalten werden, befindet sich das Bauteil im zuvor genannten, ersten verformten Zustand, wobei das Bauteil mittels der geschlossenen Werkzeugteile, insbesondere solange, in dem ersten verformten Zustand gehalten wird, wie die Werkzeugteile geschlossen sind beziehungsweise bis die Werkzeugteile geöffnet werden. In diesem ersten verformten Zustand wirken innerhalb des Bauteils selbst innere Spannungen. Das Bauteil wird entgegen dieser inneren Spannungen mittels der geschlossenen Werkzeugteile in dem ersten verformten Zustand gehalten. Werden dann die Werkzeugteile voneinander wegbewegt und somit geöffnet, so können sich die inneren Spannungen abbauen, sodass sich infolge des Öffnens der Werkzeugteile das Bauteil ausgehend von dem ersten verformten Zustand selbsttätig beziehungsweise selbstständig verformt, wodurch beispielsweise das Bauteil in einen von dem ersten verformten Zustand unterschiedlichen, zweiten verformten Zustand kommt. Dieses aus dem Öffnen der Werkzeugteile und aus den beschriebenen, inneren Spannungen resultierende Verformen des Bauteils wird auch als Aufspringen, Aufsprung, Rückspringen, Rückfedern, elastisches Rückfedern, Rückfederung oder elastische Rückfederung oder Auffedern des Bauteils bezeichnet. In dem jeweiligen verformten Zustand weist das Bauteil eine jeweilige Form auf. Vorzugsweise entspricht die Form des Bauteils in dem zweiten verformten Zustand einer gewünschten Endform beziehungsweise einer gewünschten Endgeometrie des Bauteils, welches dann beispielsweise verbaut oder weiterverarbeitet werden kann.
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Der jeweilige verformte Zustand und somit die jeweilige Form hängen von einer Geometrie des Werkzeugs, insbesondere der Werkzeugteile, ab. Ziel einer jeweiligen Konstruktion beziehungsweise Herstellung eines Umformwerkzeugs ist es, eine solche Geometrie des Umformwerkzeugs zu schaffen, dass das Bauteil mittels des Umformwerkzeugs derart umgeformt wird, dass das Bauteil nach dem Aufspringen eine gewünschte Endform beziehungsweise eine gewünschte Endgeometrie aufweist. Üblicherweise ist eine Vielzahl an Iterationsschritten erforderlich, um iterativ die Geometrie des Umformwerkzeugs und somit dessen Form derart zu ermitteln, dass die Form des Bauteils nach dem Aufspringen der gewünschten Endform entspricht. Da üblicherweise die Geometrie des Umformwerkzeugs iterativ ermittelt wird, ist die Herstellung des Umformwerkzeugs üblicherweise sehr zeit- und kostenaufwendig.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren, eine Verwendung eines solchen Verfahrens, eine elektronische Recheneinrichtung, ein Computerprogramm und ein computerlesbares Medium zu schaffen, sodass Umformwerkzeuge zum Umformen von Bauteilen, insbesondere für Kraftfahrzeuge, besonders zeit- und kostengünstig hergestellt werden können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln von Konstruktionsdaten zum Herstellen, das heißt insbesondere zum Konstruieren und/oder Fertigen, eines zum Umformen, insbesondere Tiefziehen, von Bauteilen, insbesondere für Kraftfahrzeuge, vorgesehenen Umformwerkzeugs. Ist im Folgenden beispielsweise die Rede von dem oder einem Umformwerkzeug, so ist darunter - falls nichts anderes angegeben ist - ein beziehungsweise das tatsächlich physisch vorhandene, körperliche Umformwerkzeug zu verstehen, welches auf Basis der Konstruktionsdaten herzustellen ist beziehungsweise hergestellt wird. Ist ferner im Folgenden die Rede von dem oder einem Bauteil, so ist darunter - falls nichts anderes angegeben ist - das beziehungsweise ein tatsächlich physisch vorhandenes, körperliches Bauteil zu verstehen, welches mittels des Umformwerkzeugs umformbar ist beziehungsweise umgeformt wird.
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Bei einem ersten Schritt des Verfahrens wird mittels einer elektronischen Recheneinrichtung eine erste Simulation durchgeführt. In beziehungsweise im Rahmen der erste Simulation wird mittels der elektronischen Recheneinrichtung simuliert, dass Werkzeugteile, insbesondere Werkzeughälften, eines Werkzeugs aufeinander zubewegt und dadurch in eine Schließstellung bewegt werden. Ist im Folgenden die Rede von den Werkzeugteilen und dem Werkzeug, so sind beziehungsweise ist darunter - falls nichts anderes angegeben ist - nicht etwa tatsächlich physisch vorhandene, körperliche Werkzeugteile beziehungsweise ein tatsächlich physisch vorhandenes, körperliches Werkzeug zu verstehen, sondern - falls nichts anderes angegeben ist - unter den Werkzeugteilen beziehungsweise dem Werkzeug ist ein Rechen- oder Simulationsmodell der Werkzeugteile beziehungsweise ein Rechen- beziehungsweise Simulationsmodell des Werkzeugs zu verstehen, wobei die erste Simulation mittels der elektronischen Recheneinrichtung anhand der Rechen- beziehungsweise Simulationsmodelle durchgeführt wird. Das jeweilige Simulationsmodell ist ein beispielsweise Gleichungen umfassendes oder aus Gleichungen gebildetes, virtuelles Modell der Werkzeugteile beziehungsweise des Werkzeugs, sodass sozusagen die simulierten Werkzeugteile des simulierten Werkzeugs aufeinander zubewegt werden. Mit anderen Worten erfolgt im Rahmen der ersten Simulation nicht etwa, dass tatsächlich körperlich vorhandene Werkzeugteile eines tatsächlich vorhandenen, körperlichen Werkzeugs aufeinander zubewegt und dadurch geschlossen werden, sondern im Rahmen der ersten Simulation wird simuliert und somit nach- oder abgebildet, dass Werkzeugteile, welche tatsächlich vorhanden und Bestandteile des tatsächlichen, körperlichen Werkzeugs sein könnten, aufeinander zubewegt werden.
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In der ersten Simulation wird außerdem simuliert, dass durch Bewegen der Werkzeugteile in die Schließstellung ein Werkstück umgeformt und dadurch von einem Ausgangszustand in einen ersten verformten Zustand überführt beziehungsweise gebracht wird. Unter dem Werkstück ist - falls nichts anderes angegeben ist - nicht notwendigerweise ein tatsächlich physisch vorhandenes, körperliches Bauteil zu verstehen, sondern die Simulation wird auf Basis eines Rechen- beziehungsweise Simulationsmodells eines beziehungsweise des Werkstücks beziehungsweise Bauteils durchgeführt, welches körperlich existieren könnte. Somit wird im Rahmen der ersten Simulation das oder ein Werkstück nicht tatsächlich umgeformt, sondern ein Umformen eines tatsächlichen körperlichen Werkstücks wird simuliert, das heißt nachbeziehungsweise abgebildet.
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In der ersten Simulation wird außerdem simuliert, dass die Werkzeugteile zumindest vorübergehend in dem Schließzustand verbleiben und dadurch das Werkstück in dem ersten verformten Zustand halten. Weiterhin wird in der ersten Simulation simuliert, dass die Werkzeugteile voneinander wegbewegt und dadurch aus der Schließstellung in eine Offenstellung bewegt, das heißt geöffnet werden. Des Weiteren wird in der ersten Simulation simuliert, dass infolge des Bewegens der Werkzeugteile in die Offenstellung, das heißt dadurch, dass die Werkzeugteile in die Offenstellung bewegt werden, sich das Werkstück ausgehend von dem ersten verformten Zustand aufgrund von inneren Spannungen des sich in dem ersten verformten Zustand befindenden Werkstücks selbstständig in einen zweiten verformten Zustand verformt. Mit anderen Worten, dadurch, dass das Werkstück dadurch, dass die Werkzeugteile aufeinander zubewegt werden, umgeformt und dadurch in den ersten verformten Zustand gebracht wird und dadurch, dass die Werkzeugteile geschlossen gehalten werden, in dem ersten verformten Zustand gehalten wird, wirken oder existieren in dem sich in dem ersten verformten Zustand befindenden Werkstück und während die Werkzeugteile geschlossen bleiben, innere Spannungen, wobei das Werkstück entgegen der inneren Spannungen mittels der geschlossenen Werkzeugteile in dem ersten verformten Zustand gehalten wird. Werden dann die Werkzeugteile voneinander wegbewegt und dadurch in die Offenstellung bewegt, das heißt geöffnet, so können sich die inneren Spannungen abbauen. In der Folge verformt sich das Werkstück aufgrund der inneren Spannungen ausgehend von dem ersten verformten Zustand selbsttätig beziehungsweise selbstständig, derart, dass das Werkstück in den zuvor genannten, zweiten verformten Zustand kommt. Die zuvor beschriebenen Vorgänge werden simuliert.
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Bei einem zweiten Schritt des Verfahrens wird mittels der elektronischen Recheneinrichtung ein Spannungszustand berechnet, welcher die inneren Spannungen des in dem ersten verformten Zustand mittels der geschlossenen Werkzeugteile gehaltenen und sich dadurch in dem ersten verformten Zustand befindenden Werkstücks charakterisiert. Mit anderen Worten beschreibt der Spannungszustand die inneren Spannungen, welche dazu führen, dass sich das Werkstück ausgehend von dem ersten verformten Zustand selbstständig in den zweiten verformten Zustand verformt beziehungsweise umformt, wenn die Werkzeugteile geöffnet werden.
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Bei einem dritten Schritt des Verfahrens wird mittels der elektronischen Recheneinrichtung der Spannungszustand, insbesondere mathematisch, invertiert. Unter der, insbesondere mathematischen, Invertierung des Spannungszustands ist insbesondere zu verstehen, dass der Spannungszustand, insbesondere Vektoren und/oder Parameter und/oder Werte des Spannungszustands, in seinem beziehungsweise ihren, insbesondere mathematischen, Vorzeichen umgedreht beziehungsweise umgekehrt werden. Somit wird beispielsweise durch das Invertieren aus einem jeweiligen positiven mathematischen Vorzeichen (+) ein mathematisches negatives Vorzeichen (-), und aus einem jeweiligen negativen mathematischen Vorzeichen (-) wird ein jeweiliges positives mathematisches Vorzeichen (+). Durch das Invertieren des zunächst berechneten Spannungszustand wird ein invertierter Spannungszustand berechnet beziehungsweise ermittelt. Das Invertieren des Spannungszustands wird auch als Spannungsinvertierung bezeichnet.
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Des Weiteren ist es vorgesehen, dass das zuvor beschriebene, aus dem Spannungszustand beziehungsweise aus den inneren Spannungen resultierende, selbstständige Verformen des Werkstücks in den zweiten verformten Zustand auf Basis des invertierten Spannungszustands simuliert wird. Mit anderen Worten wird nicht der zunächst ermittelte, eigentliche Spannungszustand verwendet, um auf Basis dieses ermittelten, eigentlichen Spannungszustands das selbstständige Verformen des Werkstücks zu simulieren, sondern der zunächst ermittelte, eigentliche Spannungszustand wird invertiert, wodurch der invertierte Spannungszustand berechnet wird. Das selbstständige Verformen des Werkstücks in den zweiten Verformungszustand wird nun auf Basis des invertierten Spannungszustands simuliert. Unter dem Invertieren des Spannungszustands und unter daraus resultierenden Folgen kann insbesondere folgendes verstanden werden:
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Das simulierte, selbstständige beziehungsweise selbsttätige Verformen des Werkstücks aufgrund des Spannungszustands beziehungsweise der inneren Spannungen wird auch als Aufspringen, Rückspringen, Auffedern Aufsprung, Rückfedern, Rückfederung, elastische Rückfederung oder elastisches Rückfedern bezeichnet. Würde beispielsweise das Aufspringen nicht auf Basis des invertierten Spannungszustands, sondern auf Basis des eigentlichen, nicht-invertierten Spannungszustands simuliert, so würde beispielsweise das Werkstück ausgehend von dem ersten verformten Zustand aufgrund der inneren Spannungen zumindest in einem Teilbereich in eine erste Richtung aufspringen. Diese erste Richtung kann einer Richtung ähneln oder entsprechen, in die auch ein tatsächlich physisch vorhandenes, körperliches Bauteil aufspringen würde, wenn ein Umformwerkzeug zum Umformen des Bauteils geöffnet würde. Dies bedeutet, dass es auch bei einem tatsächlichen, realen Umformverfahren, bei welchem ein körperliches, tatsächlich vorhandenes Bauteil umgeformt wird, zu dem bezüglich des (simulierten) Werkstücks beschriebenen Aufspringen kommt, wenn reale Werkzeugteile, die zum Umformen des realen Bauteils verwendet werden, geöffnet werden, nachdem sie zum Umformen des realen Bauteils aufeinander zubewegt, mithin geschlossen wurden. Das Invertieren des Spannungszustands und dadurch, dass in der ersten Simulation das Aufspringen auf Basis des invertierten Spannungszustands simuliert wird, führt nun beispielsweise im Vergleich zu der zuvor genannten ersten Richtung dazu, dass das Werkstück nicht in die erste Richtung, sondern in eine der ersten Richtung entgegengesetzte zweite Richtung aufspringt. Dies würde beziehungsweise könnte so in der Realität nicht erfolgen, sondern in der Simulation springt beispielsweise das Werkstück entgegengesetzt beziehungsweise gegensinnig wie das eigentliche, körperliche Bauteil auf.
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Bei einem vierten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass mittels der elektronischen Recheneinrichtung und in Abhängigkeit von dem zweiten verformten Zustand eine das Umformen beeinflussenden Geometrie des Umformwerkzeugs ermittelt, insbesondere berechnet wird. Unter dem Merkmal, dass die Geometrie das Umformen beeinflusst, ist insbesondere zu verstehen, dass sich die Geometrie auf das Umformen beziehungsweise auf dessen Simulation auswirkt. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt führen Änderungen der Geometrie zu Änderungen des Umformens des Werkstücks. Bei der Geometrie handelt es sich somit beispielsweise um eine Werkzeugform oder eine Werkzeugkontur des Werkzeugs, wobei mittels der Werkzeugform beziehungsweise mittels der Werkzeugkontur das Werkstück, insbesondere in der Simulation, umgeformt wird. Bezogen auf das tatsächliche, körperlich vorhandene Umformwerkzeug ist dessen das Umformen des jeweiligen Bauteils beeinflussende Geometrie beispielsweise eine solche Geometrie, Werkzeugform oder Werkzeugkontur des tatsächlichen Umformwerkzeugs, wobei das jeweilige Bauteil mittels der Geometrie, Werkzeugform oder Werkzeugkontur des tatsächlichen Umformwerkzeugs umgeformt wird oder würde, beispielsweise derart, dass beim tatsächlichen Umformen die Geometrie, Werkzeugform oder Werkzeugkontur des tatsächlichen Umformwerkzeugs in, insbesondere direkten, Kontakt mit dem jeweiligen Bauteil kommt oder kommen würde.
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Die Geometrie, die mittels der elektronischen Recheneinrichtung bei dem vierten Schritt an Abhängigkeit von dem zweiten verformten Zustand berechnet und somit ermittelt wird, wird auch als erste Geometrie bezeichnet und ist insbesondere eine simulierte oder virtuelle, erste Geometrie des Werkzeugs, das heißt des simulierten beziehungsweise virtuellen Werkzeugs, das in der ersten Simulation, dort jedoch vorzugsweise mit einer von der ersten Geometrie unterschiedlichen Ausgangsgeometrie, verwendet wurde. Die erste Geometrie wird auch als erste Werkzeuggeometrie bezeichnet.
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Mit anderen Worten wird dadurch, dass auf Basis des invertierten Spannungszustands das selbstständige Verformen des Werkstücks aus dem ersten in den zweiten verformten Zustand simuliert wird, eine Form des sich - in der Simulation - in dem zweiten verformten Zustand befindenden Werkstücks simuliert beziehungsweis berechnet. Die erste Geometrie wird dabei insbesondere in Abhängigkeit von der (simulierten) Form des sich in dem zweiten verformten Zustand befindenden Werkstücks ermittelt.
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Bei einem fünften Schritt des Verfahrens wird mittels der elektronischen Recheneinrichtung eine zweite Simulation, insbesondere nach der ersten Simulation, durchgeführt. In der zweiten Simulation wird simuliert, dass das Werkstück ausgehend von dem Ausgangszustand mittels des die erste Geometrie aufweisenden Werkzeugs umgeformt und dadurch von dem Ausgangszustand in einen dritten verformten Zustand überführt wird. Vorzugsweise ist der dritte verformte Zustand von dem ersten verformten Zustand unterschiedlich, da vorzugsweise in der ersten Simulation das Werkzeug die von der ersten Geometrie unterschiedliche Ausgangsgeometrie aufwies und das Werkstück in der ersten Simulation ausgehend von dem Ausgangszustand mittels des die Ausgangsgeometrie aufweisenden Werkzeugs umgeformt wird oder wurde, wobei demgegenüber in der zweiten Simulation das Werkzeug die vorzugsweise von der Ausgangsgeometrie unterschiedliche erste Geometrie aufweist und das Werkstück in der zweiten Simulation ausgehend von dem Ausgangszustand mittels des die erste Geometrie aufweisenden Werkzeugs umgeformt wird. Da die Ausgangsgeometrie und die erste Geometrie das jeweilige Umformen beeinflussen - wie oben bezüglich der erste Geometrie beschrieben - und da sich vorzugsweise die erste Geometrie von der Ausgangsgeometrie unterscheidet, wird das Werkstück ausgehend von dem gleichen Ausgangszustand in der zweiten Simulation auf andere Weise oder anders simuliert umgeformt als in der ersten Simulation. Darunter, dass das Werkstück in der zweiten Simulation auf andere Weise oder anders als in der ersten Simulation umgeformt wird, ist insbesondere zu verstehen, dass sich der dritte verformte Zustand von dem ersten verformten Zustand unterscheidet, mithin dass das Werkstück in dem ersten verformten Zustand eine erste Form und in dem dritten verformten Zustand eine von der ersten Form unterschiedliche zweite Form aufweist. Die vorigen und folgenden Ausführungen zur ersten Simulation können ohne weiteres auch auf die zweite Simulation übertragen werden und umgekehrt. Somit wird beispielsweise in der zweiten Simulation simuliert, dass die Werkzeugteil des Werkzeugs aufeinander zubewegt werden, wobei wenigstens eines der Werkzeugteile die erste Geometrie aufweist.
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Bei einem sechsten Schritt des Verfahrens wird mittels der elektronischen Recheneinrichtung der dritte verformte Zustand mit einem Soll-Zustand verglichen. Dabei wird mittels der elektronischen Recheneinrichtung ein Vektorfeld berechnet, das einen Unterschied zwischen dem dritten verformten Zustand und dem Soll-Zustand charakterisiert. Unter dem Merkmal, dass das Vektorfeld einen Unterschied zwischen dem dritten verformten Zustand und dem Soll-Zustand charakterisiert, ist insbesondere Folgendes zu verstehen: Auf Basis des zweiten verformten Zustands und somit auf Basis des invertierten Spannungszustands wird die erste Geometrie ermittelt, welche im Idealfall bereits derart ist, dass die erste Geometrie beziehungsweise ein Umformen des Werkstücks ausgehend von dem Ausgangszustand mittels des die erste Geometrie aufweisenden Werkzeugs bereits zu dem gewünschten Soll-Zustand des Werkstücks führt. Bezogen auf das tatsächliche, in Realität vorhandene Umformwerkzeug würde dies bedeuten, dass idealerweise dann, wenn das Umformwerkzeug die erste Geometrie aufweisen würde und mittels des die erste Geometrie aufweisenden Umformwerkzeugs das jeweilige Bauteil umgeformt würde, dadurch das jeweilige Bauteil aus dem Ausgangszustand in den gewünschten Soll-Zustand gebracht, das heißt umgeformt würde. Unter dem Soll-Zustand ist insbesondere zu verstehen, dass das Werkstück beziehungsweise Bauteil in dem Soll-Zustand eine gewünschte Soll-Form aufweist.
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Es wurde jedoch gefunden, dass auf Basis des Invertierens des Spannungszustands die erste Geometrie nicht unbedingt ohne weitere Maßnahmen so geschaffen werden kann, dass die erste Geometrie beziehungsweise das Umformen mittels des die erste Geometrie aufweisenden Werkzeugs oder Umformwerkzeugs zu dem gewünschten Soll-Zustand führt. Mit anderen Worten wurde gefunden, dass der dritte verformte Zustand nicht notwendigerweise dem Soll-Zustand entspricht, sondern übermäßig von dem Soll-Zustand abweicht. Um eine solche, etwaige Abweichung des dritten Zustands von dem Soll-Zustand hinreichend zu kompensieren, wird der sechste Schritt durchgeführt. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt wurde überraschend gefunden, dass mittels der Spannungsinvertierung alleine die erste Geometrie des Werkzeugs beziehungsweise des Umformwerkzeugs nicht unbedingt so geschaffen werden kann, dass es nicht zu unerwünschten Unterschieden zwischen dem dritten verformten Zustand und dem Soll-Zustand kommt. Daher wird - wie im Folgenden noch erläutert wird - auch eine Weginvertierung durchgeführt, insbesondere nach und/oder auf Basis der Spannungsinvertierung. Unter der Weginvertierung ist eine Invertierung des Vektorfelds hinsichtlich eines, insbesondere durch das Vektorfeld beschriebenen, Wegs zu verstehen.
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Das Vektorfeld umfasst beispielsweise mehrere Vektoren. Der jeweilige Vektor definiert oder beschreibt beispielsweise für einen jeweiligen Punkt oder einen jeweiligen Bereich oder eine jeweilige Stelle des sich in dem dritten Zustand befindenden Werkstücks einen Weg oder eine Strecke, um den oder die der jeweilige Punkt, der jeweilige Bereich oder die jeweilige Stelle, insbesondere in eine Richtung, bewegt, insbesondere verschoben, werden muss, um das Werkstück von dem dritten verformten Zustand in den Soll-Zustand zu überführen, mithin den Unterschied zwischen dem dritten verformten Zustand und dem Soll-Zustand aufzuheben beziehungsweise zu kompensieren. Insbesondere definiert, beschreibt oder charakterisiert der jeweilige Vektor auch die genannte Richtung, in die der jeweilige Punkt um den jeweiligen Weg zu verschieben oder zu bewegen ist.
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Bei einem siebten Schritt des Verfahrens wird die zuvor genannte Weginvertierung mittels der elektronischen Recheneinrichtung durchgeführt. Bei der Weginvertierung wird das Vektorfeld, insbesondere mathematisch, invertiert. Unter der, insbesondere mathematischen, Invertierung des Vektorfeld ist - beispielsweise wie bei der Spannungsinvertierung - insbesondere zu verstehen, dass das Vektorfeld, insbesondere die Vektoren und/oder Parameter und/oder Werte des Vektorfelds, in seinem beziehungsweise ihren, insbesondere mathematischen, Vorzeichen umgedreht beziehungsweise umgekehrt werden. Somit wird beispielsweise durch das Weginvertieren aus einem jeweiligen positiven mathematischen Vorzeichen (+) ein mathematisches negatives Vorzeichen (-), und aus einem jeweiligen negativen mathematischen Vorzeichen (-) wird ein jeweiliges positives mathematisches Vorzeichen (+). Durch das Invertieren des zunächst berechneten Vektorfelds wird ein invertiertes Vektorfeld berechnet beziehungsweise ermittelt.
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Bei einem achten Schritt des Verfahrens werden mittels der elektronischen Recheneinrichtung die Konstruktionsdaten in Abhängigkeit von der ersten Geometrie und in Abhängigkeit von dem invertierten Vektorfeld berechnet. Beispielsweise wird das invertierte Vektorfeld auf die erste Geometrie addiert. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass die erste Geometrie mit dem invertierten Vektorfeld addiert wird, sodass sozusagen die erste Geometrie um das invertierte Vektorfeld beziehungsweise um einen durch das invertierte Vektorfeld charakterisierten Weg, insbesondere in eine durch das invertierte Vektorfeld charakterisierte Richtung, verschoben wird. Somit wird beispielsweise aus der ersten Geometrie eine zweite Geometrie des Werkzeugs ermittelt, insbesondere berechnet, wobei die zweite Geometrie durch die Konstruktionsdaten charakterisier ist, sodass auf Basis der Konstruktionsdaten das tatsächliche, körperlich vorhandene Umformwerkzeug derart hergestellt wird oder werden kann, dass das Umformwerkzeug die das Umformen des jeweiligen Bauteils beeinflussende, zweite Geometrie aufweist.
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Vorzugsweise wird nach dem achten Schritt ein neunter Schritt durchgeführt wird, in welchem eine dritte Simulation durchgeführt wird, welche grundsätzlich der zweiten Simulation entsprechen kann, insbesondere mit dem Unterschied, dass bei der dritten Simulation das Werkzeug eine vorzugsweise von der Geometrie unterschiedliche, zweite Geometrie aufweist, die beispielsweise durch die Konstruktionsdaten charakterisiert beziehungsweise beschrieben wird und somit auf Basis der ersten Geometrie und des invertierten Vektorfelds erzeugt wurde. Analog zur zweiten Simulation wird das Bauteil mittels des die zweite Geometrie aufweisenden Werkzeugs umgeformt und dadurch von dem Ausgangszustand in einen vierten verformten Zustand überführt. Mittels der elektronischen Recheneinrichtung wird der vierte verformte Zustands mit dem Soll-Zustand vergleichen und dadurch überprüft, ob ein Unterschied zwischen dem vierten verformten Zustand und dem Soll-Zustand existiert. Existiert kein Unterschied zwischen dem vierten Zustand und dem Soll-Zustand oder ist der Unterschied geringer als ein Schwellenwert, so kann das Umformwerkzeug auf Basis der Konstruktionsdaten hergestellt werden. Überschreitet der Unterschied jedoch den Schwellenwert, so wird dann ggf. wie bei dem siebten Schritt wenigstens eine weitere Weginvertierung durchgeführt, durch die oder auf deren Basis ggf. eine weitere Vektorfeldinvertierung und ggf. auf deren Basis eine neue, dritte Geometrie bzw. neue Konstruktionsdaten erzeugt werden. Der neunte Schritt ist somit ein Kontrollrechnung oder ein Kontrollschritt zum Überprüfen der erzeugten Konstruktionsdaten.
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Es wurde gefunden, dass durch die Invertierung des Spannungszustands (Spannungsinvertierung) und die Nutzung des invertierten Spannungszustands, um den zweiten verformten Zustand zu ermitteln, die erste Geometrie und in der Folge - insbesondere unter Nutzung der Weginvertierung - die Konstruktionsdaten derart berechnet und somit ermittelt werden können, dass sich auf Basis der Konstruktionsdaten mit einer nur geringen Anzahl an Iterationen oder gar ohne Iterationen eine solche Geometrie, insbesondere in Form der zweiten Geometrie, des Umformwerkzeugs ermittelt und insbesondere hergestellt beziehungsweise gefertigt werden kann, dass diese (zweite) Geometrie des Umformwerkzeugs dazu führt, dass das tatsächliche, körperliche Bauteil nach einem mittels des Umformwerkzeugs bewirkten Umformen und insbesondere nach dem Rück- beziehungsweise Aufspringen eine gewünschte Endgeometrie oder Endform aufweist. Im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen ermöglicht es somit das erfindungsgemäße Verfahren, eine Vielzahl an Iterationsschritten zum Finden einer solchen Geometrie des Umformwerkzeugs, dass das Bauteil nach dem Aufspringen eine gewünschte Endgeometrie aufweist, vermieden werden kann. Mit anderen Worten ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine besonders zeit- und kostengünstige Herstellung des Umformwerkzeugs, weil direkt beziehungsweise mit nur geringem Aufwand eine Geometrie geschaffen werden kann, die eine gewünschte Soll-Geometrie des Bauteils nach dessen Herstellung beziehungsweise Umformung schafft.
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Der Erfindung liegen insbesondere folgende Erkenntnisse zugrunde: Herkömmlicherweise wird eine sogenannte, simulationsbasierte Aufsprungkompensation durchgeführt, um iterativ eine solche Geometrie eines Umformwerkzeugs zum Umformen von Bauteilen zu finden, dass die Geometrie, mittels welcher das Bauteil umgeformt wird, bewirkt, dass das Bauteil nach seinem oder durch sein Aufspringen in eine gewünschte Endform oder Endgeometrie kommt. Bei der simulationsbasierten Aufsprungkompensation ist es beispielsweise vorgesehen, dass nach einer Entwicklung einer Fertigungsmethodik zum Fertigen eines Bauteils, welches beispielsweise ein Karosseriebauteil oder eine selbsttragende Karosserie für einen Kraftwagen, insbesondere für einen Personenkraftwagen, sein kann, basierend auf einer Umform- und Aufsprungsimulation die elastische Rückfederung des Bauteils ermittelt wird. Die vorigen Ausführungen zum Aufspringen des Werkstücks können ohne Weiteres auch auf ein Aufspringen eines tatsächlich physisch vorhandenen, körperlichen Bauteils übertragen werden. Somit ist unter der elastischen Rückfederung des Bauteils Folgendes zu verstehen: Wird beispielsweise das Umformwerkzeug geschlossen, indem beispielsweise körperlich vorhandene Werkzeugteile des Umformwerkzeugs aufeinander zubewegt werden, so wird dadurch das Bauteil umgeformt. Werden die Werkzeugteile des Umformwerkzeugs zunächst geschlossen gehalten, so wird das Bauteil in einem verformten beziehungsweise umgeformten Zustand gehalten, in welchem innerhalb des Bauteils innere Spannungen wirken. Entgegen dieser inneren Spannungen wird das Bauteil mittels der Werkzeugteile des Umformwerkzeugs in dem verformten Zustand gehalten. Werden dann die Werkzeugteile des Umformwerkzeugs voneinander wegbewegt, das heißt geöffnet, so kann sich das Bauteil aufgrund der inneren Spannungen selbstständig beziehungsweise selbsttätig verformen, insbesondere in Richtung eines Ursprungszustands, von welchem ausgehend das Bauteil umgeformt wurde. Dies wird auch als Aufspringen, Rückspringen, Auffedern oder Rückfedern bezeichnet. In dem (ersten) verformten Zustand befindet sich das Werkstück beziehungsweise Bauteil beispielsweise in einem sogenannten weiteren Ausgangszustand. Nach dem Aufspringen befindet sich das Werkstück beziehungsweise Bauteil in einem Endzustand, welcher beispielsweise der zuvor genannte zweite verformte Zustand ist. Herkömmlicherweise werden bei der Aufsprungsimulation der Ausgangszustand und der Endzustand durch topologisch identische FEM-Netze beschrieben (FEM - Finite Elemente Methode). Diese beiden, einfach auch als Netze bezeichneten FEM-Netze unterscheiden sich nur durch ihre Knotenkoordinaten. Damit ist neben einer sogenannten, rückgefederten Geometrie auch ein Vektorfeld zwischen einem Ausgangszustand und dem Endzustand, insbesondere in einer diskretisierten Form, bekannt beziehungsweise ermittelbar. Die rückgefederte Geometrie ist beispielsweise eine Geometrie des Werkstücks beziehungsweise Bauteils nach dem auch als Rückfedern bezeichneten Aufspringen. Das zuvor genannte Vektorfeld charakterisiert somit beispielsweise einen Unterschied zwischen dem Ausgangszustand und dem Endzustand. Insbesondere charakterisiert beispielsweise das Vektorfeld beispielsweise Wege und/oder Richtungen und/oder Strecken, in die Knoten des den Ausgangszustand charakterisierenden Netzes bewegt oder verschoben werden müssen oder müssten, um daraus das den Endzustand charakterisierende Netz zu erhalten. Aus dem Vektorfeld kann in einem nächsten Prozessschritt eine netzbasierte Korrekturvorschrift abgeleitet werden, anhand derer beispielsweise eine ursprüngliche Ausgangsgeometrie des Umformwerkzeugs beziehungsweise des Werkzeugs korrigiert werden kann, um dadurch beispielsweise eine weitere Geometrie des Werkzeugs beziehungsweise Umformwerkzeugs zu erhalten, derart, dass der Endzustand nicht oder geringfügiger von einem gewünschten Soll-Zustand, das heißt von einer gewünschten Endgeometrie beziehungsweise einer gewünschten Endform, abweicht. Anhand der Korrekturvorschrift können beispielsweise auch als Werkzeugwirkflächen bezeichnete Wirkflächen der Werkzeugteile geometrisch korrigiert werden. Unter den Wirkflächen sind insbesondere solche Flächen der Werkzeugteile zu verstehen, die beim Umformen des Bauteils beziehungsweise Werkstücks in, insbesondere direktem, Kontakt mit dem Werkstück beziehungsweise dem Bauteil kommen, sodass das Werkstück beziehungsweise Bauteil mittels der Wirkflächen umgeformt wird.
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Um beispielsweise zu erreichen, dass das Bauteil durch das Aufspringen in die gewünschte Endform oder zumindest nahe der Endform kommt, wird beispielsweise eine Überbiegung der Werkzeugwirkflächen ermittelt, insbesondere berechnet. Um diese erforderliche Überbiegung der Werkzeugwirkflächen zu berechnen, wird üblicherweise das zuvor genannte Vektorfeld weginvertiert. Unter der Weginvertierung ist eine Invertierung des Vektorfelds hinsichtlich des Wegs zu verstehen. Mit anderen Worten ist das Worteil „weg“ des Worts „weginvertieren“ nicht als das Adverb „weg“ zu verstehen, welches ein (sich) entfernen von einem bestimmten Ort, Platz oder einer bestimmten Stelle bezeichnet, sondern das Wortteil „weg“ des Worts „weginvertieren“ ist als das Substantiv „Weg“ beziehungsweise als sich auf das Substantiv „Weg“ beziehend aufzufassen. Die Aufsprungkompensation wird beispielsweise mittels einer Anpassung beziehungsweise Korrektur der beispielsweise durch CAD-Daten beschriebenen Werkzeugwirkflächen abgeschlossen. Mit anderen Worten werden beispielsweise CAD-Daten, welche die Werkzeugwirkflächen beschreiben, auf Basis der Weginvertierung des Vektorfelds korrigiert, wodurch beispielsweise die Werkzeugwirkflächen korrigiert, insbesondere überbogen, werden (CAD - computer aided design - rechnerunterstütztes Konstruieren). Anschließend erfolgen eine Kontrolle der Wirksamkeit der Kompensationsmaßnahme und gegebenenfalls eine weitere Korrekturschleife nach dem gleichen Prinzip. Mit anderen Worten, ergibt beispielsweise eine Simulation und/oder ein Versuch, dass das Bauteil beziehungsweise das Werkstück dann, wenn es mittels der die korrigierten Werkzeugwirkflächen aufweisenden Werkzeugteile umgeformt wird, nach dem Aufspringen weiterhin übermäßig stark von der gewünschten Endform abweicht, so werden die Werkzeugwirkflächen auf die zuvor beschriebene Weise erneut korrigiert. Somit ist üblicherweise ein iterativer und somit zeit- und kostenaufwendiger Prozess erforderlich, um eine gewünschte Geometrie des Umformwerkzeugs zu finden, derart, dass die Geometrie dazu führt, dass das Bauteil nach dem Aufspringen nicht oder nicht übermäßig von der gewünschten Endform abweicht.
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Üblicherweise gliedert sich die Fertigung von Karosserieeinzelteilen, insbesondere aus Stahl und Aluminium, im Allgemeinen in mehrere Operationen. Zunächst wird eine Platine, insbesondere eine Formplatine, in einer ersten Operation tiefgezogen. Anschließend folgen je nach Bauteilgeometrie weitere Umform-, Beschnitt- und Nachformoperationen. Bei geschlossenem Umformwerkzeug wirken Kontaktkräfte zwischen den Werkzeugwirkflächen und dem beispielsweise aus Blech gebildeten, umgeformten und sich in dem (ersten) verformten Zustand befindenden Bauteil beziehungsweise Werkstück. Dabei stellt sich ein Gleichgewichtszustand zwischen äußeren Kontaktkräften und den inneren Spannungen in dem Bauteil, insbesondere in dessen Material, ein. Unter den äußeren Kontaktkräften sind insbesondere solche Kräfte zu verstehen, die von außerhalb des Bauteils und somit beispielsweise von den Werkzeugteilen, insbesondere über die Wirkflächen, auf das Bauteil wirken und das Bauteil in dem (ersten) verformten Zustand halten, während die Werkzeugteile des Umformwerkzeugs geschlossen sind.
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Die äußeren Kontaktkräfte können nach dem Öffnen des Werkzeugs beziehungsweise des Umformwerkzeugs nicht mehr wirken. Daher stellt sich ein neuer Gleichgewichtszustand ein, aus dem eine elastische Verformung des Bauteils resultiert. Diese elastische Verformung des Bauteils ist das zuvor beschriebene Aufspringen, Rückspringen, Auffedern beziehungsweise Rückfedern. Nach dem Aufspringen und somit beispielsweise in dem zweiten verformten Zustand befinden sich Eigenspannungen in dem beispielsweise aus Blech gebildeten Bauteil im Gleichgewicht. Dieser Effekt wird als das zuvor beschriebene Aufspringen beziehungsweise als Aufsprung oder Rückfederung, insbesondere elastische Rückfederung, bezeichnet. Bei der elastischen Rückfederung (Aufspringen beziehungsweise Aufsprung) handelt es sich um einen physikalischen Effekt, der sich in der Regel nur reduzieren, aber nicht vermeiden lässt. Unter der zuvor beschriebenen Aufsprungkompensation versteht man insbesondere eine Ermittlung eines sogenannten Vorhaltemaßes für ein Umformwerkzeug, sodass sich nach der elastischen Rückfederung eine Zielgeometrie des Bauteils einstellt, das heißt dass das Bauteil, insbesondere dessen Form, nach der elastischen Rückfederung der gewünschten Endform entspricht oder zumindest nicht übermäßig von der Endform abweicht.
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Im Unterschied zu herkömmlichen Lösungen ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht nur die zuvor beschriebene Weginvertierung, sondern die beschriebene Invertierung des Spannungszustands (Spannungsinvertierung) nach dem Schließen der Werkzeugteile und vor dem Öffnen der Werkzeugteile vorgesehen. Mit anderen Worten wird die Simulation der elastischen Rückfederung basierend auf dem invertierten Spannungszustand durchgeführt. Das Simulieren des selbstständigen Verformens des Werkstücks in den zweiten verformten Zustand wird auch als Aufsprungsimulation bezeichnet. Der zweite verformte Zustand sowie beispielsweise eine beziehungsweise die Form des Werkstücks in dem zweiten verformten Zustand sind beispielsweise Ergebnisse der Aufsprungsimulation. Auf Basis der Aufsprungsimulation und insbesondere auf Basis des Ergebnisses oder der Ergebnisse der Aufsprungsimulation werden die Konstruktionsdaten ermittelt, insbesondere berechnet. Erfindungsgemäß wird nach der simulationsbasierten Spannungsinvertierung, welche vorzugsweise wenigstens oder genau einmal durchgeführt wird, die simulationsbasierte Weginvertierung durchgeführt.
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Vorzugsweise wird die simulationsbasierte Weginvertierung wenigstens oder genau einmal durchgeführt. Insbesondere kann die simulationsbasiert Weginvertierung mehrere Male durchgeführt werden. Ferner ist es denkbar, insbesondere nach der simulationsbasierten Weginvertierung, eine messdatenbasierte Weginvertierung, insbesondere wenigstens oder genau, einmal oder mehrere Male durchzuführen, um weitere, etwaige Abweichungen zu kompensieren. Falls nicht anderes angegeben ist, so ist im Folgenden unter der „Weginvertierung“ die oben beschriebene, simulationsbasierte Weginvertierung zu verstehen. Die erfindungsgemäße Kombination aus Spannungs- und Weginvertierung lässt sich für alle Arbeitsfolgen anwenden oder verwenden.
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Um die Konstruktionsdaten besonders zeit- und kostengünstig ermitteln und in der Folge das Umformwerkzeug besonders zeit- und kostengünstig herstellen zu können, ist es bei einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass als das Umformen des Werkstücks ein Tiefziehen des Werkstücks simuliert wird.
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Alternativ oder zusätzlich ist es vorgesehen, dass das Werkstück als ein Blechbauteil simuliert wird.
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Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird mittels der elektronischen Recheneinrichtung eine erste Form des Werkstücks in dem ersten verformten Zustand und eine zweite Form des Werkstücks in dem zweiten verformten Zustand simuliert, wobei die erste Geometrie und somit die Konstruktionsdaten mittels der elektronischen Recheneinrichtung in Abhängigkeit von den simulierten Formen berechnet werden. Hierdurch können die Konstruktionsdaten besonders zeit- und kostengünstig berechnet werden.
Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn mittels der elektronischen Recheneinrichtung ein einen Unterschied zwischen den Formen charakterisierendes, weiteres Vektorfeld berechnet wird, wobei die erste Geometrie mittels der elektronischen Recheneinrichtung in Abhängigkeit von dem weiteren Vektorfeld berechnet werden. Dadurch können die erste Geometrie und somit die Konstruktionsdaten besonders zeit- und kostengünstig ermittelt werden, sodass das Umformwerkzeug besonders zeit- und kostengünstig hergestellt werden kann.
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Die jeweilige Form wird beispielsweise durch ein jeweiliges, einfach auch als Netz bezeichnetes FEM-Netz charakterisiert, welches beispielsweise einfach auch als Knoten bezeichnete Netzknoten sowie gegebenenfalls die Netzknoten miteinander verbindende Verbindungselemente, insbesondere Geraden oder Stäbe, aufweist. Das Vektorfeld charakterisiert dabei beispielsweise einen, insbesondere örtlichen, Unterschied zwischen den Knoten des die erste Form charakterisierenden Netzes und den Knoten des die zweite Form charakterisierenden Netzes. Beispielsweise beschreibt das weitere Vektorfeld Strecken und/oder Wege und/oder Richtungen, entlang welchen beziehungsweise in welche beispielsweise die Knoten des die erste Form charakterisierenden Netzes bewegt beziehungsweise verschoben werden müssen oder müssten, um mit den Knoten des die zweite Form charakterisierenden Netzes zusammenzufallen beziehungsweise auf den Knoten des die zweite Form charakterisierenden Netzes zum Liegen zu kommen. Mit anderen Worten kann aus dem Ergebnis der Aufsprungsimulation direkt das Vektorfeld abgeleitet werden, das eine erforderliche Korrektur der Werkzeugteile beschreibt, derart, dass die aus der Korrektur resultierende zweite Form der gewünschten Soll-Form bereits sehr nahe kommt. Verbleibende Unterschiede können dann beispielsweise durch die simulationsbasierte Weginvertierung kompensiert werden.
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Somit hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn die erste Simulation auf Basis eines Simulationsmodells des Werkzeugs durchgeführt wird, wobei das Simulationsmodell die zuvor genannten Ausgangsgeometrie des Werkzeugs beschreibt.
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Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn die Ausgangsgeometrie des Werkzeugs in Abhängigkeit von dem zweiten verformten Zustand geändert wird, wodurch die von der Ausgangsgeometrie unterschiedliche, erste Geometrie des herzustellenden Umformwerkzeugs ermittelt wird. Bereits die beispielsweise erstmalig ermittelte, erste Geometrie kann bereits eine solche Geometrie sein, welche - wenn sie am tatsächlichen Umformwerkzeug umgesetzt wird - dazu führt, dass das Bauteil nach der elastischen Rückfederung eine Form aufweist, die der gewünschten Soll-Form sehr nahe kommt, mithin nicht übermäßig stark von der gewünschten Soll-Form abweicht. Somit kann das Umformwerkzeug besonders zeit- und kostengünstig hergestellt werden. Verbleibende Unterschiede können dann mittels der anschließenden Weginvertierung beseitigt werden.
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Besonders vorteilhaft bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist, dass gegenüber der alleinigen Verwendung der Weginvertierung deutlich weniger Iterationsschleifen zur Erzielung der gewünschten, auch als Bauteilgeometrie bezeichneten Geometrie des Umformwerkzeugs beziehungsweise der Werkzeugteile des Umformwerkzeugs erforderlich sind. Nach bisherigen Erfahrungen ist die erfindungsgemäße Kombination aus Spannungsinvertierung und anschließender Weginvertierung zielführend, um eine solche Geometrie des Umformwerkzeugs auf zeit- und kostengünstige Weise zu schaffen, sodass das Bauteil nach dessen Umformung eine Geometrie aufweist, die der gewünschten Soll-Geometrie entspricht oder zumindest sehr nahe kommt. Darüber hinaus kann bei komplexeren Verformungen wie zum Beispiel bei einer Torsion einer beispielsweise als A-Säule ausgebildeten Fahrzeugsäule einer selbsttragenden Karosserie durch die Weginvertierung eine starke Veränderung der Längenverhältnisse beziehungsweise Abwicklungslängen entstehen. Dieser Effekt tritt bei der Invertierung des Spannungszustands nicht auf.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Verwendung eines beziehungsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung. Im Rahmen der Verwendung wird das Verfahren verwendet, um ein beziehungsweise das Umformwerkzeug herzustellen. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
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Insbesondere ist es bei dem zweiten Aspekt der Erfindung vorgesehen, dass das Umformwerkzeug auf Basis der Konstruktionsdaten tatsächlich, das heißt körperlich und beispielsweise mechanisch, hergestellt wird. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass auf Basis der Konstruktionsdaten die Wirkflächen der Werkzeugteile hergestellt, insbesondere geformt, werden.
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Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft eine elektronische Recheneinrichtung, welche zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausgebildet ist. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts und des zweiten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des dritten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
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Ein vierter Aspekt der Erfindung betrifft ein Computerprogramm, welches Befehle umfasst, dass die elektronische Recheneinrichtung gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausführt. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten, zweiten und dritten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des vierten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
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Schließlich betrifft ein fünfter Aspekt der Erfindung ein computerlesbares Medium, auf dem das Computerprogramm gemäß dem vierten Aspekt der Erfindung gespeichert ist. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen, des ersten, zweiten, dritten und vierten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des fünften Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels mit der zugehörigen Zeichnung. Dabei zeigt die einzige Fig. ein Flussdiagramm zum Veranschaulichen eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ermitteln von Konstruktionsdaten zum Herstellen eines zum Umformen von Bauteilen vorgesehenen Umformwerkzeugs.
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Im Folgenden wird anhand der einzigen Fig. ein Verfahren beschrieben, durch welches Konstruktionsdaten ermittelt, insbesondere berechnet, werden. Die Konstruktionsdaten können genutzt werden oder werden genutzt, um ein tatsächlich physisch vorhandenes, körperliches Umformwerkzeug herzustellen, das heißt zu konstruieren und/oder zu fertigen. In seinem fertig beziehungsweise vollständig hergestellten Zustand weist das Umformwerkzeug Werkzeugelemente auf, welche auch als Werkzeugteile oder Werkzeughälften bezeichnet werden. Die Werkzeugelemente können, insbesondere translatorisch, relativ zueinander bewegt werden und dadurch aufeinander zubewegt und voneinander wegbewegt werden. Um beispielsweise ein tatsächlich physisch vorhandenes, körperliches Bauteil mittels des Umformwerkzeugs umzuformen, wird das Bauteil - während die Werkzeugteile und somit das Umformwerkzeug geöffnet sind - in das Umformwerkzeug eingelegt, mithin zwischen den geöffneten und dabei auseinander gefahrenen beziehungsweise voneinander weggefahrenen Werkzeugteilen angeordnet. Daraufhin werden die Werkzeugteile aufeinander zubewegt, wodurch die Werkzeugteile und somit das Umformwerkzeug geschlossen werden, während das Bauteil zwischen den Werkzeugteilen angeordnet ist. Dadurch, dass die Werkzeugteile aufeinander zubewegt, mithin geschlossen, werden, kommen jeweilige, auch als Werkzeugwirkflächen bezeichnete Wirkflächen der Werkzeugteile in zumindest mittelbaren, insbesondere direkten, Kontakt mit dem Bauteil, insbesondere zumindest mit jeweiligen Teil- oder Wandungsbereichen des Bauteils. In der Folge üben die Werkzeugteile über die Wirkflächen äußere Kräfte, insbesondere äußere Kontaktkräfte, auf das Bauteil aus, wodurch das Bauteil, insbesondere ausgehend von einem Ursprungszustand, umgeformt und dadurch beispielsweise in einen ersten verformten Zustand gebracht wird. Werden zunächst die Werkzeugteile geschlossen gehalten, so wirken die Kontaktkräfte weiterhin von den Werkzeugteilen auf das Bauteil, welches somit in dem ersten verformten Zustand gehalten wird. In dem ersten verformten Zustand wirken innerhalb des Bauteils innere Spannungen, wobei das Bauteil trotz der beziehungsweise gegen die inneren Spannungen mittels der geschlossenen Werkzeugteile in dem ersten verformten Zustand gehalten wird. Werden daraufhin die Werkzeugteile voneinander wegbewegt, mithin geöffnet, so können die inneren Spannungen abgebaut werden, sodass sich das Bauteil ausgehend von dem ersten verformten Zustand aufgrund der inneren Spannungen und infolge des Öffnens der Werkzeugteile selbsttätig beziehungsweise selbstständig in einen zweiten verformten Zustand verformt. Dies geschieht, da infolge des Öffnens der Werkzeugteile keine äußeren Kontaktkräfte mehr von den Werkzeugteilen auf das Bauteil wirken können. Das selbstständige, von dem ersten verformten Zustand ausgehende und beispielsweise aufgrund der inneren Spannungen erfolgende Verformen des Bauteils wird auch als Aufspringen, Aufsprung, Rückspringen, Rückfedern, Auffedern oder elastische Rückfederung bezeichnet. Infolge der elastischen Rückfederung kommt also das Bauteil in den zweiten verformten Zustand, in dem das Bauteil beispielsweise einen Endzustand und dabei beispielsweise eine Endform oder Endgeometrie aufweist oder einnimmt. Der erste verformte Zustand wird beispielsweise auch als Ausgangszustand bezeichnet, in welchem das Bauteil beispielsweise eine Ausgangsform oder Ausgangsgeometrie aufweist oder einnimmt. Wünschenswert hierbei ist, dass die Endform beziehungsweise Endgeometrie nicht oder nicht übermäßig von einer gewünschten Soll-Form oder Soll-Geometrie abweicht. Das Verfahren ermöglicht es nun, auf zeit- und kostengünstige Weise eine solche Geometrie der Werkzeugteile, insbesondere der Wirkflächen, zu finden, dass die Endform oder Endgeometrie des Bauteils nach der elastischen Rückfederung der gewünschten Soll-Form beziehungsweise Soll-Geometrie entspricht oder zumindest nicht übermäßig von der Soll-Form beziehungsweise Soll-Geometrie abweicht.
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Hierzu ist es bei einem ersten Schritt S1 des Verfahrens vorgesehen, dass mittels einer elektronischen Recheneinrichtung eine Simulation durchgeführt wird. In der Simulation wird simuliert, dass Werkzeugteile eines Werkzeugs aufeinander zubewegt und dadurch in eine Schließstellung bewegt werden. Das im Rahmen der Simulation zum Einsatz kommende Werkzeug ist beispielsweise das zuvor genannte Umformwerkzeug beziehungsweise eine Simulation oder ein Simulationsmodell des Umformwerkzeugs, sodass beispielsweise die im Rahmen der Simulation zum Einsatz kommende beziehungsweise bezüglich der Simulation genannten Werkzeugteile die Werkzeugteile beziehungsweise Simulationsmodelle der Werkzeugteile des Umformwerkzeugs sein können. In der Simulation wird außerdem simuliert, dass durch Bewegen der Werkzeugteile in die Schließstellung ein Werkstück umgeformt und dadurch von einem Ausgangszustand in einen ersten verformten Zustand überführt wird.
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Das im Rahmen der Simulation genannte beziehungsweise zum Einsatz kommende Werkstück ist somit beispielsweise das Bauteil oder ein Simulationsmodell des beziehungsweise eines körperlichen Bauteils. In der Simulation wird außerdem simuliert, dass die Werkzeugteile zumindest vorübergehend in dem Schließzustand verbleiben und dadurch das Werkstück in dem ersten verformten Zustand halten. In der Simulation wird außerdem simuliert, dass die Werkzeugteile voneinander wegbewegt und dadurch aus der Schließstellung in eine Offenstellung bewegt, mithin geöffnet werden. In der Simulation wird ferner simuliert, dass infolge des Bewegens der Werkzeugteile in die Offenstellung sich das Werkstück ausgehend von dem ersten verformten Zustand aufgrund von inneren Spannungen des sich in dem ersten verformten Zustand befindenden Werkstücks selbstständig in einen zweiten verformten Zustand verformt.
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Bei einem zweiten Schritt S2 des Verfahrens wird mittels der elektronischen Recheneinrichtung ein Spannungszustand berechnet, welcher die inneren Spannungen des in dem ersten verformten Zustand gehaltenen und sich dadurch in dem ersten verformten Zustand befindenden Werkstücks charakterisiert.
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Bei einem dritten Schritt S3 des Verfahrens wird mittels der elektronischen Recheneinrichtung der Spannungszustand, insbesondere mathematisch, invertiert, wodurch ein invertierter Spannungszustand aus dem zunächst ermittelten, eigentlichen Spannungszustand berechnet wird. Das auch als Invertierung oder Spannungsinvertierung bezeichnete Invertieren des Spannungszustands umfasst beispielsweise, dass, insbesondere alle, mathematischen Vorzeichen des eigentlichen Spannungszustands umgekehrt werden. Somit werden beispielsweise aus positiven Vorzeichen negative Vorzeichen und umgekehrt. Bei dem Verfahren ist es außerdem vorgesehen, dass das selbstständige Verformen des Werkstücks in den zweiten verformten Zustand, mithin die elastische Rückfederung auf Basis des invertierten Spannungszustands simuliert wird.
Bei einem vierten Schritt S4 des Verfahrens wird mittels der elektronischen Recheneinrichtung und in Abhängigkeit von dem zweiten verformten Zustand eine das Umformen beeinflussende, auch als erste Geometrie bezeichnete Geometrie des Umformwerkzeugs ermittelt, insbesondere berechnet.
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Beispielsweise werden jeweilige Formen des Werkstücks in den verformten Zuständen berechnet. Außerdem wird beispielsweise ein erstes Vektorfeld berechnet, welches einen Unterschied zwischen der Form des Werkstücks in dem ersten verformten Zustand und der Form des Werkstücks in dem zweiten verformten Zustand beschreibt. Anhand des ersten Vektorfelds kann eine Korrektur oder eine Korrekturvorschrift ermittelt werden beziehungsweise das Vektorfeld ist eine Korrektur oder Korrekturvorschrift, wobei die Korrektur beziehungsweise Korrekturvorschrift eine solche Geometrie in Form der ersten Geometrie oder eine solche Änderung einer anfänglichen Ausgangsgeometrie des Werkzeugs in die erste Geometrie der Werkzeugteile beschreibt, dass die aus der Änderung der Ausgangsgeometrie resultierende, von der Ausgangsgeometrie unterschiedliche erste Geometrie der Werkzeugteile dazu führt, dass dann, wenn das Bauteil mittels der Werkzeugteile umgeformt wird, das Bauteil nach der elastischen Rückfederung eine solche Form aufweist, die der gewünschten Soll-Form bereits sehr ähnelt. Um etwaig verbleibende Unterschiede zu kompensieren und somit die Konstruktionsdaten besonders zeit- und kostengünstig ermitteln und in der Folge das Umformwerkzeug beziehungsweise dessen Werkzeugteile besonders zeit- und kostengünstig herstellen zu können, wird bei einem fünften Schritt S5 des Verfahrens mittels der elektronischen Recheneinrichtung eine zweite Simulation, insbesondere nach der ersten Simulation, durchgeführt. In der zweiten Simulation wird simuliert, dass das Werkstück ausgehend von dem Ausgangszustand mittels des die erste Geometrie aufweisenden Werkzeugs umgeformt und dadurch von dem Ausgangszustand in einen, dritten verformten Zustand überführt wird. Vorzugsweise ist der dritte verformte Zustand von dem ersten verformten Zustand unterschiedlich, da vorzugsweise in der ersten Simulation das Werkzeug die von der ersten Geometrie unterschiedliche Ausgangsgeometrie aufwies und das Werkstück in der ersten Simulation ausgehend von dem Ausgangszustand mittels des die Ausgangsgeometrie aufweisenden Werkzeugs umgeformt wird oder wurde, wobei demgegenüber in der zweiten Simulation das Werkzeug die vorzugsweise von der Ausgangsgeometrie unterschiedliche erste Geometrie aufweist und das Werkstück in der zweiten Simulation ausgehend von dem Ausgangszustand mittels des die erste Geometrie aufweisenden Werkzeugs umgeformt wird.
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Bei einem sechsten Schritt S6 des Verfahrens wird mittels der elektronischen Recheneinrichtung der dritte verformte Zustand mit einem Soll-Zustand verglichen. Der Soll-Zustand korrespondiert mit der gewünschten Soll-Form, sodass das Werkstück dann den Soll-Zustand aufweist, wenn das Werkstück die Soll-Form aufweist. Dabei wird mittels der elektronischen Recheneinrichtung ein zweites Vektorfeld berechnet, das einen Unterschied zwischen dem dritten verformten Zustand und dem Soll-Zustand charakterisiert.
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Bei einem siebten Schritt S7 des Verfahrens wird mittels der elektronischen Recheneinrichtung eine Weginvertierung durchgeführt, bei der das zweite Vektorfeld, insbesondere mathematisch, invertiert wird. Durch das Invertieren des zunächst berechneten zweiten Vektorfelds wird ein invertiertes Vektorfeld berechnet beziehungsweise ermittelt. Bei einem achten Schritt S8 des Verfahrens werden schließlich mittels der elektronischen Recheneinrichtung die Konstruktionsdaten in Abhängigkeit von der ersten Geometrie und in Abhängigkeit von dem invertierten Vektorfeld berechnet. Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass die Spannungsinvertierung genau einmal, das heißt ein einziges Mal durchgeführt, mithin einmalig ausgeführt werden kann und insbesondere deshalb die Kombination aus Spannungsinvertierung und Weginvertierung durchgeführt wird, um das Umformwerkzeug zeit- und kostengünstig realisieren zu können. Es ist aber durchaus denkbar, dass die Weginvertierung danach trotzdem noch mindestens einmal oder mehrmals durchgeführt werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- S1
- erster Schritt
- S2
- zweiter Schritt
- S3
- dritter Schritt
- S4
- vierter Schritt
- S5
- fünfter Schritt
- S6
- sechster Schritt
- S7
- siebter Schritt
- S8
- achter Schritt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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