-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Funktionsbauteils, insbesondere für ein Kraftfahrzeug. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer Vielzahl von Funktionsbauteilen.
-
Es ist bekannt, Funktionsbauteile für Kraftfahrzeuge mittels dreidimensionaler Druckverfahren herzustellen. Unter einem Funktionsbauteil werden im Rahmen der Erfindung Bauteile verstanden, welche eine technische Funktion bereitstellen, wie beispielsweise das Durchleiten eines Fluids, das Kaschieren oder Verbergen eines Bereichs des Kraftfahrzeugs, das Übertragen von Kräften und/oder Momenten oder dergleichen.
-
Dreidimensionale Druckverfahren werden allgemein auch als „3D-Druckverfahren“ bezeichnet und zählen zu den additiven Fertigungsverfahren. Mittels dreidimensionaler Druckverfahren sind beispielsweise metallische sowie thermoplastische Funktionsbauteile herstellbar.
-
Bei bekannten dreidimensionalen Druckverfahren wird ein dreidimensionaler Formkörper schichtweise erzeugt. Es ist eine Vielzahl unterschiedlicher dreidimensionaler Druckverfahren bekannt, wie beispielsweise Lasersintern, Laser-Strahlschmelzen, Elektronen-Strahlschmelzen, Stereolithographie, Poly-Jet-Modelling und dergleichen.
-
Im Automobilbau gewinnen additive Fertigungsverfahren zunehmend an Bedeutung, da mittels dieser Verfahren hochkomplexe Funktionsbauteile passgenau herstellbar sind. Insbesondere beim Prototypenbau und bei Kleinserien sind additive Fertigungsverfahren vorteilhaft einsetzbar, da hierfür keine aufwendigen Formen benötigt werden, komplexe Geometrien sowie Hinterschneidungen erzeugbar sind und der Rohstoffverbrauch gegenüber beispielsweise spanenden Fertigungsverfahren erheblich reduziert ist.
-
Beim dreidimensionalen Drucken besteht eine Abhängigkeit zwischen einer erreichbaren Präzision und einer Druckgeschwindigkeit bei der Erzeugung des Funktionsbauteils. Die Druckgeschwindigkeit wird auch aus „Austragungsrate“ bezeichnet und ist ein Maß für eine gedruckte Materialmenge pro Zeiteinheit. Die Austragungsrate kann beispielsweise in der Einheit kg / h angegeben werden. Mit steigender Austragungsrate steigt zumeist eine Schichtdicke der einzelnen übereinander gedruckten Schichten. Mit einer zunehmenden Schichtdicke sinkt die Präzision des gedruckten Funktionsbauteils. Demzufolge sinkt die Präzision des gedruckten Funktionsbauteils bei ansonsten gleichbleibenden Fertigungsparametern mit steigender Austragungsrate.
-
Um Funktionsbauteile für Kraftfahrzeuge beispielsweise bei Kleinserien wirtschaftlich herstellen zu können, ist eine verhältnismäßig hohe Austragungsrate von Vorteil. Wie bereits voranstehend erwähnt, führt dies zu einer reduzierten Präzision des erzeugten Funktionsbauteils. Eine reduzierte Präzision bedeutet beispielsweise eine geringere Genauigkeit der Bauteilabmessungen sowie der Oberflächenstruktur des Funktionsbauteils.
-
Da ein Großteil der im Automobilbau durch dreidimensionales Drucken hergestellten Funktionsbauteile in einem kaschierten bzw. verblendeten Bereich des Kraftfahrzeugs, also in einem von einer Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs aus betrachtet nicht sichtbaren oder zumindest schwer einsehbaren Bereich, angeordnet ist, ist eine geringere Bauteilpräzision solcher Funktionsbauteile grundsätzlich unproblematisch. Gleichwohl kann es zu Problemen führen, wenn diese Funktionsbauteile mit anderen Funktionsbauteilen, wie beispielsweise spritzgegossenen oder präziser dreidimensional gedruckten Funktionsbauteilen, mechanisch gekoppelt werden sollen.
-
Die dreidimensional gedruckten Funktionsbauteile können hierfür beispielsweise als Klipse ausgebildete Funktionsabschnitte aufweisen, welche aufgrund der hohen Austragungsrate und der daraus resultieren hohen Schichtdicke eine geringere Festigkeit aufweisen, da benachbarte Schichten mit zunehmender Schichtdicke einen geringeren Zusammenhalt aufweisen. Derartige Klipsen neigen daher dazu, besonders leicht abzubrechen, sodass ein sicherer Halt des Funktionsbauteils an einem anderen Funktionsbauteil des Kraftfahrzeugs nicht gewährleistet ist.
-
Überdies können gedruckte Funktionsbauteile einen Funktionsabschnitt aufweisen, welcher zum abdichtenden Zusammenstecken mit einem Funktionsabschnitt eines anderen Funktionsbauteils ausgebildet sein soll. Bei einem unpräzise gedruckten Funktionsbauteil können Form und Abmessungen eines solchen Funktionsabschnitts derart von einer Vorgabe abweichen, dass ein bestimmungsgemäßes Zusammenstecken nicht mehr möglich oder eine erforderliche Haltekraft zwischen den Funktionsbauteilen zum Verhindern eines unbeabsichtigten Auseinandergleitens der Funktionsbauteile bzw. eine Dichtigkeit der Steckverbindung, wie beispielsweise bei einem Luftkanal, nicht mehr gewährleistet ist. Beim Auftreten derartiger Mängel werden diese zumeist durch eine spanende Nachbearbeitung des Funktionsabschnitts behoben. Durch die hierbei auftretenden mechanischen Schwingungen können Mikrorisse entstehen, welche die Stabilität des Funktionsbauteils weiter mindern. Bei zu gravierenden Mängeln, wie beispielsweise brüchigen Klipsen, müssen die fehlerhaften Funktionsbauteile zumeist entsorgt werden.
-
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile bei einem Verfahren zur Herstellung eines Funktionsbauteils, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, zu beheben oder zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Funktionsbauteils für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, das auf eine einfache und kostengünstige Art und Weise die Herstellung von Funktionsbauteilen mit höherer Maß- und/oder Formtreue gewährleistet und somit Anschlussprobleme mit anderen Funktionsbauteilen vermeidet.
-
Voranstehende Aufgabe wird durch die Patentansprüche gelöst. Demnach wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines Funktionsbauteils mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit einer Vielzahl von Funktionsbauteilen mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 10 gelöst. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.
-
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines Funktionsbauteils gelöst. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:
- - Schichtweises Erzeugen eines Grundbauteils mit einem Grundkörper und einem am Grundkörper angeordneten Nebenbereich mittels einer 3D-Druckvorrichtung, und
- - Heißprägen des Nebenbereichs zu einem Funktionsabschnitt mittels einer Hei ßprägevorrichtung.
-
Zunächst wird das Grundbauteil in einem dreidimensionalen Druckverfahren mittels der 3D-Druckvorrichtung schichtweise erzeugt. Dies erfolgt vorzugsweise mit einer derart hohen Austragungsrate, mittels welcher eine erforderliche Präzision zur Herstellung des Funktionsabschnitts ohne erforderliche Nachbearbeitung nicht mehr gewährleistet ist. Mit anderen Worten ist das schichtweise Erzeugen des Grundbauteils vorzugsweise im Hinblick auf möglichst kurze Fertigungszeiten ausgelegt bzw. optimiert. Das Grundbauteil weist vorzugsweise einen Thermoplast und/oder ein Metall auf.
-
Dabei wird das Grundbauteil vorzugsweise derart schichtweise erzeugt, dass der Grundkörper vordefinierten Qualitätsvorgaben für das Funktionsbauteil entspricht und somit keine Nachbearbeitung des Grundkörpers erforderlich ist.
-
Beim schichtweisen Erzeugen des Grundbauteils wird der am Grundkörper angeordnete Nebenbereich erzeugt. Unter einem Nebenbereich wird ein Bereich des Grundbauteils verstanden, welcher zur Weiterverarbeitung zu dem Funktionsabschnitt vorgesehen und ausgebildet ist. Der Nebenbereich weist somit vorzugsweise Abmessungen auf, welche von den Abmessungen des Funktionsabschnitts abweichen.
-
Der Nebenbereich wird mittels der Heißprägevorrichtung zu dem Funktionsabschnitt heißgeprägt. Dies erfolgt vorzugsweise nach dem schichtweisen Erzeugen des Grundbauteils oder zumindest zu einem Zeitpunkt, an welchem der Nebenbereich erzeugt und zum Prägen für die Heißprägevorrichtung zugänglich ist.
-
Heißprägen ist ein grundsätzlich bekanntes Verfahren, welches häufig zum Verzieren von Oberflächen von Kunststoffen angewandt wird. Im Rahmen der Erfindung wird Heißprägen dazu verwendet, aus dem Nebenbereich den Funktionsabschnitt zu bilden. Hierfür wird der Nebenbereich plastifiziert und zwischen mindestens zwei Formteile der Heißprägevorrichtung derart gepresst, dass der Nebenbereich entsprechend einer in den Formteilen ausgebildeten Kavität verformt wird.
-
Um den Nebenbereich besser umformen zu können, wird der Werkstoff des Nebenbereichs vorzugsweise plastifiziert. Unter Plastifizieren wird im Rahmen der Erfindung eine Aufweichung, insbesondere durch Erwärmen, verstanden, durch welche der Nebenbereich zumindest plastisch verformbar ist, vorzugsweise eine Eigenstabilität aufweist und ohne äußere Krafteinwirkung nicht oder nur besonders langsam fließt, sodass ein Erstarren schneller eintritt als eine nennenswerte Formänderung durch Fließen. Eine für das Plastifizieren erforderliche Plastifizierungswärmeenergie kann erfindungsgemäß vollständig oder zumindest teilweise über die Formteile auf den Nebenbereich übertragen werden. Es kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Plastifizierungswärmeenergie vollständig oder zumindest teilweise über eine Aufwärmvorrichtung der Heißprägevorrichtung, wie beispielsweise ein Heizgebläse, eine Infrarotwärmevorrichtung, eine Heizpatrone oder dergleichen, bereitgestellt wird.
-
Durch das Zusammenpressen der Formteile wird der plastifizierte Nebenbereich in die zwischen den Formteilen ausgebildete Kavität gepresst und präzise verformt. Nach dem vollständigen Verformen geht der plastifizierte Werkstoff durch Abkühlung in einen festen Zustand über. Der auf diese Weise erzeugte Funktionsabschnitt weist somit eine höhere Präzision sowie eine andere Materialstruktur als der Grundkörper des Grundbauteils auf. Erfindungsgemäß kann auch ein Heißprägen eines an den Nebenbereich angrenzenden Teilbereichs des Grundkörpers vorgesehen sein, um eine Anbindung des Funktionsabschnitts am Grundkörper, insbesondere über eine Annäherung bzw. Anpassung der Materialstruktur des Teilbereichs an die Materialstruktur des Funktionsabschnitts, zu verbessern. Ein Umformgrad des Teilbereichs ist vorzugsweise geringer als ein Umformgrad des Funktionsabschnitts.
-
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Funktionsbauteils hat gegenüber herkömmlichen Verfahren den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise ein Funktionsbauteil erzeugbar ist, welches eine bedarfsgerechte Präzision aufweist. Das bedeutet, dass eine Herstellungsgeschwindigkeit des Funktionsbauteils erhöht und gleichzeitig eine hinreichend präzise Ausbildung von Funktionsabschnitten des Funktionsbauteils, wie beispielsweise Klipsen, Rohrende für eine Steckverbindung mit einem weiteren Rohrende oder dergleichen, gewährleistet ist. Eine aufwendige spanende Nachbearbeitung ist nicht mehr erforderlich. Durch das Heißprägen ist eine besonders hohe Festigkeit des Funktionsabschnitts gewährleistet. Zudem ist mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Funktionsabschnitt mit einem Gefüge herstellbar, welches dem Gefüge eines spritzgegossenen Funktionsbauteils entspricht oder einem solchen Gefüge zumindest angenähert ist. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellte Funktionsbauteile sind vorzugsweise zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug ausgebildet.
-
Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei einem Verfahren vorgesehen sein, dass das Heißprägen derart durchgeführt wird, dass der Grundkörper nicht verformt wird. Hierbei ist es bevorzugt, wenn die Heißprägevorrichtung derart zum Grundbauteil ausgerichtet wird, dass diese den Nebenbereich umgibt und den Grundkörper nicht oder zumindest teilweise nicht umgibt. Es kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass ein Teilbereich des Grundkörpers beim Heißprägen innerhalb der Heißprägevorrichtung angeordnet ist, wobei ein Heißprägen des Teilbereichs des Grundkörpers nicht erfolgt. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise ein gezieltes Heißprägen des Nebenbereichs erfolgt und somit ein Energieaufwand beim Heißprägen reduziert ist.
-
Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass das schichtweise Erzeugen des Grundbauteils mit einer Austragungsrate von mehr als 1,5 kg Druckwerkstoff pro Stunde durchgeführt wird. Besonders bevorzugt wird das schichtweise Erzeugen des Grundbauteils mit einer Austragungsrate von über 2 kg pro Stunde und besonders bevorzugt von mehr als 3 kg pro Stunde durchgeführt. Das schichtweise Erzeugen des Grundbauteils wird somit mit einer möglichst hohen Austragungsrate durchgeführt, wobei zwei limitierende Faktoren eine wesentliche Rolle spielen, nämlich die erforderliche Qualität des Grundkörpers und des Nebenbereichs. Die Qualität des erzeugten Grundkörpers muss innerhalb vordefinierter Grenzen liegen, sodass der Grundkörper nach dem schichtweisen Erzeugen keine Nachbearbeitung erfordert. Die Qualität des erzeugten Nebenbereichs muss innerhalb vordefinierter Grenzen liegen, sodass das Heißprägen ohne weitere vorbereitende Maßnahmen am Nebenbereich durchführbar ist. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine Herstellungsgeschwindigkeit des Funktionsbauteils, insbesondere im Vergleich zu hochpräzisen dreidimensionalen Druckverfahren, verbessert ist.
-
Weiter bevorzugt wird das schichtweise Erzeugen des Grundbauteils mit einem Druck von über 15 bar durchgeführt. Besonders bevorzugt wird das schichtweise Erzeugen des Grundbauteils mit einem Druck von über 30 bar durchgeführt. Bei einem derartigen Druck sind besonders hohe Austragungsraten unter Einhaltung der Qualitätsvorgaben realisierbar. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine hohe Herstellungsgeschwindigkeit bei der Herstellung des Funktionsbauteils unter Sicherstellung einer hohen Bauteilqualität gewährleistet ist, sodass Ausschuss und Nacharbeit reduziert sind.
-
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann bei einem Verfahren vorgesehen sein, dass der Funktionsabschnitt aus dem Nebenbereich mit einer Umformung in mindestens eine Richtung von mindestens 30 % geprägt wird. Weiter bevorzugt beträgt die Umformung mindestens 50 %. Eine Umformung von 30 % bedeutet im Rahmen der Erfindung, dass eine Ausdehnung des Funktionsabschnitts in eine Richtung 130 % einer Ausdehnung des Nebenbereichs in dieselbe Richtung entspricht. Die größte Umformung wird vorzugsweise bei der vom Betrag her kleinsten Ausdehnung des Nebenbereichs erzielt. Daher ist der Nebenbereich vorzugsweise verhältnismäßig flach ausgebildet, sodass eine für das Plastifizieren des Nebenbereichs erforderliche Plastifizierungswärmeenergie reduziert ist, da eine erforderliche Eindringtiefe der Wärme verringert ist. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise bei gleichbleibender Produktqualität ein Energieaufwand reduziert und somit eine Wirtschaftlichkeit des Verfahrens verbessert ist.
-
Vorzugsweise wird das Prägen mit einer Prägebewegung von weniger als 3 mm durchgeführt. Besonders bevorzugt beträgt die Prägebewegung weniger als 1 mm. Unter einer Prägebewegung wird im Rahmen der Erfindung eine Bewegung der Formteile der Prägevorrichtung zwischen einem beidseitigen Kontaktieren des Nebenbereichs und einem Bewegungsende beim Aufeinanderzubewegen der Formteile verstanden. Je geringer die Prägebewegung ausfällt, desto mehr entspricht der Nebenbereich dem Funktionsabschnitt. Beim Heißprägen muss weniger Umformarbeit verrichtet werden. Somit ist die Dauer des Verfahrensschritts des Heißprägens verkürzbar und der Energieaufwand reduzierbar. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise die Herstellungsgeschwindigkeit bei der Herstellung des Funktionsbauteils erhöht ist.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Nebenbereich derart erzeugt, dass der Nebenbereich eine sich in eine erste Richtung erstreckende minimale Nebenausdehnung aufweist, wobei der Funktionsabschnitt aus dem Nebenbereich derart geprägt wird, dass eine sich in die erste Richtung erstreckende Funktionsausdehnung des Funktionsabschnitts größer ist als die Nebenausdehnung. Unter einer Richtung wird insbesondere eine Richtung eines, insbesondere kartesischen, Koordinatensystems verstanden Unter einer Nebenausdehnung wird im Rahmen der Erfindung eine Ausdehnung des Nebenbereichs verstanden. Der Nebenbereich weist somit Nebenausdehnungen in drei orthogonal zueinander ausgerichteten Richtungen auf. Die Nebenausdehnung in die erste Richtung ist dabei kleiner als die Nebenausdehnung in eine orthogonal zur ersten Richtung ausgerichtete zweite Richtung. Ferner ist die Nebenausdehnung in die erste Richtung kleiner als die Nebenausdehnung in eine orthogonal zur ersten Richtung und zweiten Richtung ausgerichteten dritten Richtung. Unter einer Funktionsausdehnung wird im Rahmen der Erfindung eine Ausdehnung des Funktionsabschnitts verstanden. Das Heißprägen wird demnach erfindungsgemäß derart durchgeführt, dass die geringste Ausdehnung vergrößert wird. Somit kann der Nebenbereich als besonders flacher Bereich erzeugt werden. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise ein Energiebedarf zum Heißprägen des Nebenbereichs reduziert und eine definierte Festigkeit des Funktionsabschnitts gewährleistet ist.
-
Besonders bevorzugt wird das gesamte Grundbauteil vor dem Heißprägen erwärmt. Das Erwärmen des Grundbauteils kann beispielsweise über die Prägevorrichtung oder eine zusätzliche Heizvorrichtung erfolgen. Vorzugsweise ist das Grundbauteil beim Heißprägen in einer erwärmten Kammer angeordnet. Das Erwärmen erfolgt vorzugsweise oberhalb von 25°C bis zu einer Plastifizierungstemperatur des Grundbauteils. Um eine ungewünschte Verformung des Grundkörpers sowie des Nebenbereichs zu vermeiden, erfolgt vorzugsweise keine Erwärmung des gesamten Grundbauteils weit oberhalb der Plastifizierungstemperatur. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine Anbindung der Funktionsabschnitte am Grundkörper verbessert ist. Ein Erwärmen bis zur Plastifizierungstemperatur hat zudem den Vorteil, dass eine relative Ausrichtung mehrerer am Grundkörper angeordneter Funktionsabschnitte zueinander leicht durchführbar ist, beispielsweise gleichzeitig mit dem Heißprägen. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn die Funktionsabschnitte zueinander genau bestimmte, innerhalb vordefinierter Toleranzgrenzen festgelegte relative Lagen aufweisen sollen. Ein etwaiger Verzug des Grundkörpers durch das schichtweise Erzeugen ist auf diese Weise leicht kompensierbar.
-
Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass ein dem Nebenbereich benachbarter Grundkörperbereich vor und/oder während des Prägens gezielt erwärmt wird und/oder dass eine Abkühlung des Funktionsabschnitts nach dem Prägen gezielt gesteuert wird. Ein gezieltes Erwärmen bedeutet, dass mindestens ein Bereich des Grundkörpers durch das gezielte Erwärmen nicht erwärmt wird. Es kann beispielsweise ein Erwärmen des gesamten Grundbauteils innerhalb einer beheizten Kammer und zusätzlich ein lokales Erwärmen des Grundkörperbereichs benachbart zum Nebenbereich erfolgen. Hierbei kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass der Nebenbereich ebenfalls gezielt erwärmt wird. Eine gezielte Steuerung des Abkühlens des Funktionsabschnitts kann im Rahmen der Erfindung durch Abkühlen des gesamten Funktionsbauteils und/oder gezieltes Abkühlen des Funktionsabschnitts erfolgen. Das Abkühlen erfolgt vorzugsweise unter die Plastifizierungstemperatur, sodass eine Formstabilität des Funktionsabschnitts gewährleistet ist. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine Anbindung des Funktionsabschnitts an den Grundkörper verbessert sowie eine Gefügefestigkeit des Funktionsabschnitts erhöht ist. Durch das gezielte Abkühlen ist zudem die Herstellungsgeschwindigkeit bei der Herstellung des Funktionsbauteils erhöht.
-
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Kraftfahrzeug gelöst. Das Kraftfahrzeug weist eine Vielzahl von Funktionsbauteilen auf. Erfindungsgemäß ist mindestens ein Funktionsbauteil des Kraftfahrzeugs mittels eines Verfahrens nach einem der vorangegangenen Ansprüche hergestellt.
-
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug weist vorzugsweise eine Belüftungsvorrichtung mit als Luftkanalsegmente, Luftleitelemente und/oder Luftumlenkelemente ausgebildeten Funktionsbauteilen auf, welche zumindest teilweise mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt sind. Vorzugsweise weist das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug als Instrumententafel, Sonnenblende, Armlehne, Mittelkonsole, Getränkehalter, Abdeckleiste oder dergleichen ausgebildete Funktionsbauteile auf, welche zumindest teilweise mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt sind.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug ergeben sich sämtliche Vorteile, die bereits zu einem Verfahren zur Herstellung eines Funktionsbauteils für ein Kraftfahrzeug gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind. Demnach hat das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug gegenüber herkömmlichen Kraftfahrzeugen den Vorteil, dass es ein oder mehrere Funktionsbauteile aufweist, welche mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise erzeugt sind und eine bedarfsgerechte Präzision aufweisen. Das bedeutet, dass das Funktionsbauteil mit einer höheren Herstellungsgeschwindigkeit erzeugt ist und gleichzeitig eine hinreichend präzise Ausbildung von Funktionsabschnitten des Funktionsbauteils, wie beispielsweise Klipsen, Rohrende für eine Steckverbindung mit einem weiteren Rohrende oder dergleichen, aufweist. Das Funktionsbauteil ist ohne eine aufwendige spanende Nachbearbeitung hergestellt. Zudem weist der Funktionsabschnitt des Funktionsbauteils aufgrund des Heißprägens eine besonders hohe Festigkeit auf. Ferner weist der Funktionsabschnitt ein Gefüge auf, welches dem Gefüge eines spritzgegossenen Funktionsbauteils entspricht oder einem solchen Gefüge zumindest angenähert ist.
-
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Funktionsbauteils für ein Kraftfahrzeug sowie ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
- 1 in einer Seitenansicht ein erster Zustand bei der Durchführung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
- 2 in einer Seitenansicht ein zweiter Zustand bei der Durchführung der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
- 3 in einer Seitenansicht ein dritter Zustand bei der Durchführung der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
- 4 in einer Seitenansicht ein mittels der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestelltes Funktionsbauteil, und
- 5 in einer Seitenansicht eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs.
-
Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den 1 bis 5 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
-
In 1 ist ein erster Zustand bei der Durchführung der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch in einer Seitenansicht abgebildet. Im ersten Zustand ist ein Grundbauteil 3 mittels einer 3D-Druckvorrichtung 6 schichtweise teilweise erzeugt. Hierbei sind mittels der 3D-Druckvorrichtung 6 mehrere Bauteilschichten 10 übereinander erzeugt. Das Grundbauteil 3 weist einen Grundkörper 4 und einen am Grundkörper 4 angeordneten Nebenbereich 5 mit einer Nebenausdehnung N auf, wobei die Nebenausdehnung N in diesem Beispiel der Dicke von zwei Bauteilschichten 10 entspricht. Der Nebenbereich 5 ist in der Darstellung bereits vollständig erzeugt, während beim Grundkörper 4 noch Bauteilschichten 10 fehlen.
-
2 zeigt einen zweiten Zustand bei der Durchführung der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch in einer Seitenansicht. Im zweiten Zustand ist das Grundbauteil 3 vollständig erzeugt und die 3D-Druckvorrichtung 6 vom Grundbauteil 3 entfernt. Ein dem Nebenbereich 5 benachbarter Grundkörperbereich 9 wird mittels einer Heizvorrichtung 11 gezielt erwärmt. Somit ist eine Rissbildung beim Heißumformen aufgrund von Scherspannungen vermeidbar und somit eine Festigkeit des Funktionsbauteils 1 (vgl. 4) verbessert. Eine Heißprägevorrichtung 8 ist neben dem Nebenbereich 5 angeordnet. Vorzugsweise weist die Heißprägevorrichtung 8 nicht dargestellte Heizmittel zum Aufheizen des Nebenbereichs 5 auf.
-
In 3 ist ein dritter Zustand bei der Durchführung der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch in einer Seitenansicht abgebildet. Im dritten Zustand ist die Heißprägevorrichtung 8 zum Grundkörper 4 derart hinbewegt, dass der Nebenbereich 5 innerhalb der Heißprägevorrichtung 8 angeordnet ist. In diesem Rahmen erfolgt das Heißprägen des Nebenbereichs 5. Der Grundkörperbereich 9 ist optional ebenfalls innerhalb der Heißprägevorrichtung 8 angeordnet und wird beim Heißprägen nicht umgeformt.
-
4 zeigt ein mittels der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestelltes Funktionsbauteil 1 schematisch in einer Seitenansicht. Der Grundkörper 4 des fertigen Funktionsbauteils 1 entspricht dem Grundkörper 4 des Grundbauteils 3 (vgl. 2), wobei ein Gefüge des Grundkörperteilbereichs 9 aufgrund der optionalen Wärmebehandlung mittels der Heizvorrichtung 11 (vgl. 2) geringfügig verändert sein kann. Der Nebenbereich 5 (vgl. 2) ist durch das Heißumformen zum Funktionsabschnitt 7 umgeformt. Hierdurch ist das Gefüge der sich in den Funktionsabschnitt 7 erstreckenden Bauteilschichten 10 verändert, sodass eine Festigkeit des Funktionsabschnitts 7 gegenüber dem Nebenbereich 5 erhöht ist. Der Funktionsabschnitt 7 weist in dieselbe Richtung wie die Nebenausdehnung N (vgl. 1) eine Funktionsausdehnung F auf, wobei die Funktionsausdehnung F in diesem Beispiel der Dicke von etwa vier Bauteilschichten 10 entspricht. Somit ist die Funktionsausdehnung F etwa doppelt so groß wie die Nebenausdehnung N.
-
In 5 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 2 schematisch in einer Seitenansicht abgebildet. Das Kraftfahrzeug 2 weist mehrere Funktionsbauteile 1 auf, welche jeweils mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt sind. Ein Funktionsbauteil 1 ist als Luftkanalsegment 12, ein weiteres Funktionsbauteil 1 ist als Instrumententafelsegment 13, und ein weiteres Funktionsbauteil 1 ist als Mittelkonsolenelement 14 ausgebildet. Erfindungsgemäß kann das Kraftfahrzeug 2 weitere mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellte Funktionsbauteile 1 aufweisen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Funktionsbauteil
- 2
- Kraftfahrzeug
- 3
- Grundbauteil
- 4
- Grundkörper
- 5
- Nebenbereich
- 6
- 3D-Druckvorrichtung
- 7
- Funktionsabschnitt
- 8
- Heißprägevorrichtung
- 9
- Grundkörperbereich
- 10
- Bauteilschicht
- 11
- Heizvorrichtung
- 12
- Luftkanalsegment
- 13
- Instrumententafelsegment
- 14
- Mittelkonsolenelement
- F
- Funktionsausdehnung
- N
- Nebenausdehnung
