-
Die Erfindung betrifft ein Fließpresswerkzeug zur Herstellung eines Werkstücks mit wenigstens einem durch das Werkstück verlaufenden Hülsenelement gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Werkstücks.
-
Fließpresswerkzeuge zum Fließpressen eines Werkstücks gemäß dem Oberbegriff der Erfindung sind bekannt. Für die Herstellung eines Werkstücks wird dabei eine Fließpressmasse in einen Formhohlraum zwischen einem Werkzeugunterteil und einem Werkzeugoberteil des Fließpresswerkzeugs eingebracht, wobei das Werkzeugoberteil als Stempel bezeichnet werden kann und das Werkzeugunterteil als Matrize. Durch Pressen der beiden Werkzeugteile aufeinander kann eine Umformung der Fließpressmasse stattfinden, so dass die Fließpressmasse in die gewünschte Form gepresst wird.
-
Beispielsweise ist aus der
EP 2 759 423 A1 ein Querlenker aus faserverstärktem Kunststoff bekannt, der mittels eines Fließpressens hergestellt werden kann.
-
Um die so hergestellten Werkstücke mit anderen Bauteilen zu verbinden, werden üblicherweise Buchsenelemente in das fertig gepresste Werkstück eingebracht, durch die eine Verbindung mit weiteren Bauteilen ermöglicht wird. Mit Buchsenelementen sind Buchsen beziehungsweise metallische Inserts gemeint, also Hülsen zur Aufnahme eines Steckers, Stifts, Bolzens und/oder einer Schraube. Das heißt, das Buchsenelement kann einen Grundkörper mit einem Durchgang durch den Grundkörper hindurch aufweisen.
-
Bisher wurden diese Buchsenelemente nachträglich in das fertig gepresste Werkstück integriert, indem diese in das Werkstück eingestanzt wurden. Beispielsweise können dazu Löcher in das Werkstück gestanzt beziehungsweise gefräst werden, in die die Buchsenelemente eingefügt werden.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Herstellung eines Werkstücks, das wenigstens ein das Werkstück durchlaufendes Buchsenelement aufweist, zu verbessern.
-
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche erfüllt. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen, der folgenden Beschreibung sowie den Figuren offenbart.
-
Die Erfindung basiert auf der Idee, dass die Buchsenelemente bereits beim Herstellungsverfahren im Fließpresswerkzeug in das Werkstück integriert werden. Um die Buchsenelemente bei der Herstellung zu positionieren und ein Eindringen der Fließpressmasse während des Pressens in dem Fließpresswerkzeug zu verhindern, sind stiftförmige Halteelemente und gegenüberliegende Abdichtelemente vorgesehen, die den Durchgang des Buchsenelements beim Pressen verschließen.
-
Durch die Erfindung ist ein Fließpresswerkzeug zur Herstellung eines Werkstücks mit wenigstens einem durch das Werkstück verlaufenden Buchsenelement bereitgestellt, wobei das Buchsenelement einen Durchgang aufweist. Das Fließpresswerkzeug umfasst ein Werkzeugunterteil und ein Werkzeugoberteilt, welche gegenüberliegend angeordnet sind, wobei zwischen dem Werkzeugunterteil und dem Werkzeugoberteil ein Formhohlraum zum Einbringen einer Fließpressmasse bereitgestellt ist, wobei das Werkzeugunterteil und das Werkzeugoberteil durch eine jeweilige Relativbewegung zum Pressen der im Formhohlraum einbringbaren Fließpressmasse ausgebildet sind.
-
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass an dem Werkzeugunterteil und/oder an dem Werkzeugoberteil zumindest ein in den Formhohlraum ragendes stiftförmiges Halteelement zum Aufstecken und Abdichten einer Seite des Durchgangs des Buchsenelements angeordnet ist und gegenüberliegend an dem jeweils anderen Werkzeugteil ein dem Werkzeugteil in dem Formhohlraum vorauseilendes Abdichtelement bereitgestellt ist, das dazu ausgebildet ist, beim Pressen eine andere Seite des Durchgangs abzudichten.
-
Mit anderen Worten kann zwischen einem Werkzeugunterteil und einem Werkzeugoberteil ein Formhohlraum zum Einbringen der Fließpressmasse bereitgestellt sein. In diesen Formhohlraum kann an einem der beiden Werkzeugteile ein stiftförmiges Halteelement in den Formhohlraum hineinragen, wobei der Durchgang des Buchsenelements auf dieses stiftförmige Halteelement gesteckt werden kann. Genau gegenüberliegend am anderen Werkzeugteil kann ein Abdichtelement bereitgestellt sein, das in den Formhohlraum hineinragt. Werden die beiden Werkzeugteile beim Pressen der Fließpressmasse aufeinander zu bewegt, kann das vorauseilende Abdichtelement die noch offene Seite des Buchsenelements erreichen und verschließen, bevor die Fließpressmasse den Formhohlraum ausfüllt. Hierdurch kann erreicht werden, dass nach dem Umformen der Fließpressmasse das Buchsenelement in das Werkstück integriert ist. Zusätzlich kann ein Durchgang des Buchsenelements frei von Fließpressmasse gehalten werden.
-
Das Buchsenelement kann eine Buchse, insbesondere eine Durchgangsbuchse oder eine Gewindebuchse, sein. Das Halteelement kann ein Stift oder Zapfen sein, dessen Durchmesser an ein Durchgangsdurchmesser des Buchsenelements angepasst ist und somit zum Beispiel eine Unterseite des Buchsenelements abdichtet, wobei der Stift vorzugsweise auf der anderen Seite des Buchsenelements nicht übersteht, so dass das Abdichtelement die Oberseite schlüssig abdichten kann. Mit anderen Worten ist mit einem stiftförmigen Halteelement ein hervorstehendes Element gemeint, beispielsweise zylindrisch oder spitz, das in den Formhohlraum hervorsteht und das in den Durchgang des Buchsenelements eingeführt werden kann, um sich mit dem Durchgang formschlüssig zu verbinden. Die Fließpressmasse, die in dem Formhohlraum vor dem Pressen eingebracht wird, kann ein faserverstärkter Kunststoff sein, der insbesondere mit Glasfasern angereichert sein kann. Das vorauseilende Abdichtelement kann in Form eines Stempels in den Formhohlraum hineinragen und beispielsweise elastisch und/oder federnd ausgebildet sein, sodass das Abdichtelement genug Druck beziehungsweise Kraft aufbringt, um den Durchgang des Buchsenelements während des Pressvorgangs zu verschließen, jedoch gleichzeitig soweit nachgibt, dass das Buchsenelement nicht beschädigt wird.
-
Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass ein Werkstück mit einer verbesserten Dichtigkeit gegenüber Wasser und/oder Gas bereitgestellt werden kann, da das Buchsenelement formschlüssig in dem Werkstück integriert ist. Besonders bevorzugt ist dies bei Kraftfahrzeugbauteilen, die sich an einer Außenseite des Kraftfahrzeugs befinden und Wettereinflüssen ausgesetzt sind, wie beispielsweise einem Unterfahrschutz eines Kraftfahrzeugs. Des Weiteren wird kein zusätzlicher Schritt zum Ausstanzen und anschließenden Einpressen des Buchsenelements in das Werkstück benötigt, was Kosten spart.
-
Die Erfindung umfasst auch Ausführungsformen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.
-
Eine Ausführungsform sieht vor, dass das vorauseilende Abdichtelement dazu ausgebildet ist, aus dem jeweiligen Werkzeugteil in Richtung des Formhohlraums heraus und in Richtung des Werkzeugteils herein bewegt zu werden, und beim Pressen auf das Buchsenelement nachzugeben. Mit anderen Worten ist das vorauseilende Abdichtelement mittels mechanischer und/oder hydraulischer Vorrichtungen dazu ausgebildet, in den Formhohlraum hinein und heraus bewegt zu werden. Beim Pressen der Fließpressmasse kann das vorauseilende Abdichtelement herausgefahren sein, sodass dieses die Stirnseite und damit den Durchgang des Buchsenelements abdichtet, bevor die Fließpressmasse ungeformt wird. Fahren das Werkzeugunterteil und das Werkzeugoberteil näher aufeinander, kann das Abdichtelement nachgeben. Das heißt, es kann zurück in das jeweilige Werkzeugteil bewegt werden, damit ein Druck auf das Buchsenelement reduziert werden kann. Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, dass während des gesamten Pressprozesses das Abdichtelement weiterhin den Durchgang abschließt und dabei so viel Kraft auf das Buchsenelement aufbringt, dass eine Abdichtung des Durchgangs gewährleistet wird.
-
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Abdichtelement federnd und/oder hydraulisch gelagert ist. Somit kann beim Schließen der Werkzeugteile das vorauseilende Abdichtelement nach Erreichen des Buchsenelements federnd und/oder hydraulisch nachgeben, wodurch eine besonders bevorzugte Umsetzung des Fließpresswerkzeugs erreicht werden kann.
-
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass das Abdichtelement als zylindrischer Stempel ausgebildet ist. Der zylindrische Stempel kann vorzugsweise dazu ausgebildet sein, einen Innendruck, der in dem Formhohlraum beim Pressen entsteht, standzuhalten, wobei der Innendruck im Formhohlraum beispielsweise 300 bar oder mehr betragen kann. Durch die zylindrische Ausgestaltung des Stempels ergibt sich der Vorteil, dass weniger Flächen an denen der Innendruck angreifen kann, an dem Abdichtelement vorhanden sind, welche beispielsweise bei einer eckigen Ausführung vorhanden wären. Somit kann der zylindrische Stempel beim Pressvorgang stabiler auf dem Buchsenelement gehalten werden.
-
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass eine Stempelkontaktfläche des Abdichtelements größer oder gleich der korrespondierenden Kontaktfläche des Buchsenelements ausgebildet ist. Mit anderen Worten kann die Stempelkontaktfläche ein Übermaß aufweisen, das über die Ränder des Buchsenelements hinausgeht. Somit kann zum einen sichergestellt werden, dass der Durchgang verschlossen ist und zum anderen bietet die größere Stempelkontaktfläche die Möglichkeit eines Toleranzausgleichs, falls Abdichtelement nicht exakt mittig auf das Abdichtelement aufgesetzt wird.
-
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass das stiftförmige Halteelement ein Befestigungselement aufweist, wobei das Befestigungselement dazu ausgebildet ist, das Halteelement an vorgegebenen Positionen des jeweiligen Werkzeugteils zu befestigen und/oder zu lösen. Somit kann das Fließpresswerkzeug je nach gewünschter Ausgestaltung des Werkstücks angepasst werden, indem die stiftförmigen Halteelemente mittels des jeweiligen Befestigungselements an vorgegebenen Positionen befestigt werden können. Insbesondere kann das stiftförmige Halteelement so auch besonders einfach ausgetauscht werden, was beispielsweise für eine Anpassung des Halteelements auf Buchsenelemente mit unterschiedlichen Durchgangsdurchmessern vorteilhaft ist. Als Befestigungselement kann beispielsweise ein Gewinde oder ein Stecker vorgesehen sein, wobei mittels des Gewindes das stiftförmige Halteelement beispielsweise auf dem jeweiligen Werkzeugteil verschraubt werden kann. So kann besonders flexibel je nach Anwendungsfall ein Austausch des Halteelements erfolgen.
-
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass das stiftförmige Halteelement magnetisch ausgebildet ist. Insbesondere kann das Buchsenelement vorzugsweise metallisch ausgebildet sein, sodass eine magnetische Wechselwirkung zwischen dem Halteelement und dem Buchsenelement wirkt, sodass das Buchsenelement magnetisch von dem Halteelement angezogen wird. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass das Buchsenelement besser in einer Halteposition auf dem Halteelement gehalten werden kann. Insbesondere kann das Buchsenelement durch das magnetische Halteelement auch kopfüber an dem Werkzeugoberteil angebracht werden, ohne dass es herunterfällt, was eine vereinfachte Handhabung des Fließpresswerkzeugs ermöglicht.
-
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Buchsenelement eine hinterschnittige Form aufweist. Das hat den Vorteil, dass das Buchsenelement besonders fest in das Werkstück integriert werden kann. Vorzugsweise kann die hinterschnittige Form als Verliersicherung für Bauteile verwendet werden, die hohe Auspresskräfte aufweisen. Insbesondere können mittels des bereitgestellten Fließpresswerkzeugs auch große Hinterschnitte formschlüssig integriert werden.
-
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Werkstücks mit wenigstens einem durch das Werkstück verlaufenden Buchsenelement mittels eines Fließpresswerkzeugs nach einem der vorhergehenden Ausführungsformen. Das Verfahren umfasst als Schritte ein Aufstecken des Buchsenelements auf das stiftförmige Halteelement, ein Einbringen der Fließpressmasse in den Formhohlraum und ein Pressen der Fließpressmasse durch die Relativbewegung des Werkzeugunterteils und des Werkzeugoberteils zueinander, wobei durch das vorauseilende Abdichtelement der Durchgang durch das Buchsenelement während des Pressvorgangs abgedichtet wird. Anschließend kann das Fließpresswerkzeug geöffnet werden, indem das Werkzeugunterteil und das Werkzeugoberteil wieder auseinander fahren und das Werkstück mit integriertem Buchsenelement kann entnommen werden. Hierbei ergeben sich gleiche Vorteile und Variationsmöglichkeiten wie bei dem Fließpresswerkzeug.
-
Erfindungsgemäß ist auch ein Werkstück, insbesondere ein Unterbodenelement eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt, welches mittels des Verfahrens hergestellt ist, wobei das Kraftfahrzeug bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet sein kann.
-
Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Fließpresswerkzeugs beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.
-
Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen. Die Erfindung umfasst also auch Realisierungen, die jeweils eine Kombination der Merkmale mehrerer der beschriebenen Ausführungsformen aufweisen, sofern die Ausführungsformen nicht als sich gegenseitig ausschließend beschrieben wurden.
-
Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung eines Fließpresswerkzeugs gemäß einer beispielhaften Ausführungsform;
- 2 eine weitere schematische Darstellung des Fließpresswerkzeugs.
-
Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
-
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
-
In 1 ist ein Fließpresswerkzeug 10 zur Herstellung eines Werkstücks gemäß einer beispielhaften Ausführungsform dargestellt. Das Fließpresswerkzeug 10 kann ein Werkzeugunterteil 12 und ein Werkzeugoberteil 14 aufweisen, welche gegenüberliegend angeordnet sind. Die beiden Werkzeugteile 12, 14 können von einem geöffneten in einen geschlossenen Zustand oder umgekehrt überführt werden, wobei die 1 den geöffneten Zustand zeigt und die 2 den geschlossen Zustand des Fließpresswerkzeugs 10.
-
Im geöffneten Zustand kann zwischen den beiden Werkzeugteilen 12, 14 ein Formhohlraum zum Einbringen einer Fließpressmasse 16 bereitgestellt sein, wobei die Fließpressmasse 16 einen faserverstärkten Kunststoff aufweisen kann. Für einen Umformprozess der Fließpressmasse 16 zu einem Werkstück können die jeweiligen Werkzeugteile 12, 14 relativ zueinander bewegt werden, insbesondere hydraulisch, sodass die Fließpressmasse 16 durch den dabei entstehenden Druck in Form gepresst werden kann.
-
Damit in dem Werkstück ein Buchsenelement 18 integriert werden kann, kann beispielsweise an dem Werkzeugunterteil 12 ein stiftförmiges Halteelement 20 angeordnet sein, auf dem das Buchsenelement 18 aufgesteckt werden kann, wobei das Buchsenelement 18 beispielsweise als Durchgangsbuchse ausgebildet sein kann, wobei ein Durchgang der Durchgangsbuchse auf das stiftförmige Halteelement gesteckt werden kann, die vorzugsweise eine kraftschlüssige und/oder formschlüssige Verbindung eingehen können. Auch kann durch das Aufstecken des Buchsenelements 18 auf das stiftförmige Halteelement 20 diejenige Stirnfläche des Buchsenelements 18 abgedichtet werden, die auf das Halteelement 20 gesteckt ist.
-
Des Weiteren kann das stiftförmige Halteelement 20 magnetisch ausgebildet sein, sodass nach Aufstecken des Buchsenelements 18, das insbesondere metallisch sein kann, das Buchsenelement 18 zusätzlich oder alternativ über eine magnetische Kraft auf dem stiftförmigen Halteelemente 20 gehalten werden kann.
-
Ferner kann das stiftförmige Halteelement ein Befestigungselement 22 aufweisen, mittels dem das stiftförmige Halteelement 20 schnell und einfach an dem Werkzeugunterteil 12 befestigt werden kann. Beispielsweise kann das Befestigungselement 22 eine Schraubverbindung mit dem Werkzeugteil herstellen, mittels der das stiftförmige Halteelement 20 beispielsweise an vorgegebenen Positionen des Werkzeugunterteils 12 geschraubt werden kann. Hierdurch wird ein schneller Austausch des Halteelements in Abhängigkeit des verwendeten Buchsenelements 18 ermöglicht.
-
Damit auch die gegenüberliegende Stirnseite des Buchsenelements 18, die nicht auf das Halteelement 18 gesteckt ist, während des Pressvorgangs abgedichtet wird, kann im Werkzeugoberteil 14 ein vorauseilendes Abdichtelement 24 bereitgestellt sein, das vorzugsweise als zylindrischer Stempel ausgebildet ist und das gegenüber dem stiftförmigen Halteelement 20 und dem darauf aufgesteckten Buchsenelement 18 angeordnet ist.
-
Vorzugsweise kann das vorauseilende Abdichtelement 24 beweglich gelagert sein, sodass es beim Pressvorgang in Richtung des Werkzeugoberteils 14 nachgeben kann. Dazu kann eine Feder oder eine Hydraulik (nicht gezeigt) bereitgestellt sein, die beim Zusammenfahren der jeweiligen Werkzeugteile 12, 14 zusammengedrückt wird und somit das Abdichtelement beim Schließen des Fließpresswerkzeugs in das Werkzeugoberteil hineinbewegt wird. Der Vorteil des vorauseilenden Abdichtelements 24 ist, dass dieses auf das Buchsenelement 18, insbesondere die noch offene Stirnseite des Buchsenelements 18, gedrückt wird, bevor die Fließpressmasse 16 umgeformt wird. Somit kann das Buchsenelement 18 abgedichtet werden und die Fließpressmasse 16 kann das Buchsenelement 18 umfließen. Vorzugsweise ist das Buchsenelement 18 dabei mit einer hinterschnittigen Form ausgebildet, sodass das Buchsenelement 18 von der Fließpressmasse 16 besonders stabil eingeschlossen werden kann.
-
In 2 ist das Fließpresswerkzeug 10 in einer komplett geschlossenen Form dargestellt. Das bedeutet, dass das Werkzeugunterteil 12 und das Werkzeugoberteil 14 so weit aufeinander zu bewegt sind, dass die Fließpressmasse 16 zu einem flächigen Werkstück, insbesondere einem Unterbodenelement eines Kraftfahrzeugs, geformt ist, wobei das Buchsenelement 18 komplett in diesem Werkstück integriert ist. In diesem Zustand kann das Abdichtelement 24, das das Buchsenelement 18 weiterhin nach oben abdichtet, vollständig in das Werkzeugoberteil 14 hinein bewegt sein, sodass ebenmäßige Oberfläche zwischen der Fließpressmasse 16 und dem Buchsenelement 18 gebildet sein kann. Nach Aushärten der Fließpressmasse 16 kann das Fließpresswerkzeug 10 wieder geöffnet werden und das fertige Bauteil mit dem integrierten Buchsenelement 18 kann entnommen werden.
-
Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung eine Integration von metallischen Inserts (Buchsenelement 18) im Prozess mit thermoplastischen Fließpressmassen mittels Werkzeugtechnik erreicht werden kann.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
