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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung eines eine 3D-Strukturierung, insbesondere eine Wölbstrukturierung, aufweisenden Bauteils mit einem Randbereich, der keine Strukturierung aufweist und im Wesentlichen gerade bzw. eben ausgebildet ist.
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Es sind zahlreiche Lösungen bekannt, bei welchen so genannte Wölbstrukturen, zum Beispiel im Fahrzeugbereich eingesetzt werden. Diese werden bisher meist als energieabsorbierende Elemente im Bereich der Karosserie bzw. der Bodengruppe verwendet. Eine Motorhaube, deren Innenschale mit einer Wölbstruktur als Versteifungsbereich versehen ist, wird in
DE 10259591 A1 (
1) beschrieben. Der Versteifungsbereich der Innenschale der Motorhaube wird durch ein näherungsweise ebenes wölbstrukturiertes Einsatzteil gebildet, das separat aus einem wölbstrukturierten Halbzeug gefertigt wird und im Zuge des Rohbaus in eine Aussparung in der (beispielsweise durch Tiefziehen gefertigten) Innenschale eingesetzt und mit dieser fest verbunden wird. Dabei sind nur geringe Glättungen bzw. Umformungen der Wölbstruktur vorhanden. Um prozesssicher eine hochfeste Verbindung sicherzustellen, wird die Wölbstruktur im Randbereich des Einsatzteils geglättet. Auf diese Weise wird auf dem Einsatzteil ein randseitiger geglätteter Flansch erzeugt, der in Zusammenbaulage des Einsatzteils mit der Innenschale auf einem entsprechend geformten Flansch der Innenschale zu liegen kommt und mit diesem durch ein Fügeverfahren – vorzugsweise durch Kleben – verbunden wird. Das Glätten der Randbereiche des Einsatzteils erfolgt mit Hilfe eines Prägeverfahrens.
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Eine Formschale mit hoher Biegesteifigkeit als Teil der Karosserie ist aus
DE 10321032 B4 (
2) bekannt. Diese weist einen im Wesentlichen geraden Randabschnitt auf und das Biegefeld ist zur Erhöhung seiner Biegesteifigkeit mit mehreren eingeformten Versteifungsmulden versehen, die insgesamt ein unregelmäßiges Muster bilden. Die Formschale soll durch Tiefziehen hergestellt werden. Ein Verfahren zu makrostrukturierten Materialbahnen mit feinstrukturierten oder glatten Teilflächen wird in
DE 10 2005 025 620 A1 (
3) und ein Verfahren zum Herstellen einer grobstrukturierten Materialbahn mit feinstrukturierten Teilflächen und durchgängigen, ebenen oder nahezu ebenen Rändern wird in
DE 10 2008 056 521 B3 (
3.1) beschrieben. Dabei wird jeweils eine Materialbahn im Durchlaufverfahren mittels Walzen mit einer Makrostruktur, insbesondere Beulstruktur aus Falten und Mulden, versehen. Die Ränder der Materialbahn enthalten gem. DE 10 2005 025 620 A1 (
3) eine Feinstrukturierung aus Wellen, auslaufenden Falten, kleineren Übergangsstrukturen und/oder eine Sicke und/oder eine glatte Gestalt und die Längeneinkürzung der Feinstrukturierung wird auf die Makrostrukturierung der Materialbahn angepasst. Dabei kann eine Sicke zwischen der makrostrukturierten, insbesondere beulstrukturierten Materialbahn und ihrer feinstrukturierten Teilfläche angeordnet sein. Ein glatter Rand quer zur Laufrichtung der Materialbahn wird dadurch erreicht, dass die Druckbeaufschlagung in vorgegebenen Längenabschnitten der Materialbahn unterbrochen wird. Das erreicht man entweder durch eine angepasste Aussparung des Elastomers auf der Druckwalze und/oder durch eine angepasste, schrittweise Zustellung der Stützelementwalze. Im zweiten Arbeitsschritt werden die Feinstrukturen mit Hilfe von Formwerkzeugen durch Rollformen am Rand der Materialbahn erzeugt. Dabei kann auch gleichzeitig die Längssicke erzeugt werden. Die Druckwalze besitzt in ihrer Mitte ein Elastomer für die Druckbeaufschlagung (für das Beulstrukturieren) und an ihren beiden Enden die eingearbeiteten Formkonturen für die Erzeugung der Feinstrukturen. Diese Formkonturen können aus starren oder elastischen Werkstoffen bestehen. Bei DE 10 2008 056 521 B3 (
3.1) werden die Ränder in grobstrukturierten, insbesondere beul- bzw. wölbstrukturierten Materialbahnen oder Blechteilen dadurch erzeugt, dass zum Rand "abgeschlossene" (d. h. nicht frei auslaufende), wellenförmige Feinstrukturen senkrecht zum Rand der Materialbahn oder des Blechteils eingebracht werden. Es können aber auch schräg zum Rand angeordnete Feinstrukturen zur Anwendung kommen.
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Blechplatinen mit umlaufenden, im Wesentlichen unprofilierten/ebenen Rändern sind mit den beiden vorgenannten Verfahren nicht mit einer Wölbstruktur versehbar. Neben der Verwendung eines Werkzeugelementes mit einem Elastomer zur Erzeugung der Wölbstruktur ist es bekannt, diese mittels magnetischer Kräfte zu erzeugen.
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Dazu zeigt die Druckschrift
DE 197 11 103 B4 (
4) ein Verfahren zum Verformen von Bauelementen durch berührungsloses Einwirken magnetischer Kräfte auf. Die Oberfläche des Bauteils wird in einem ausgewählten Abschnitt sowie in einem bestimmten Abstand voneinander angeordnet, von den Erregern überdeckt und mit partiellen Verformungen versehen. Dies wird sooft in einem horizontalen Wechsel über der Fläche des Elementes wiederholt, bis seine Oberfläche mit einem strukturierten Verformungsmuster ausgestattet ist. Dabei kann die Strukturierung eines normalen Bleches in Form einer Materialbahn dadurch erfolgen, dass dieses über ein Auflagesegment laufend angeordnet ist. Die Oberfläche des Auflagesegmentes ist mit Auflagerollen versehen, über die die Materialbahn aufliegend gestützt abrollen kann. Über der Materialbahn in Reihe quer zum Auflagesegment angeordnet, sind die Spulen von Erregern vorgesehen. Die Erreger richten die Kraftwirkung ihres impulsartigen Magnetfeldes gegen die Oberfläche der Materialbahn
7. Durch die Kraft des Magnetfeldes wird im Wirkbereich eines jeden Erregers eine Reihe von konkaven Einbeulungen erreicht. Durch eine Weiterbewegung der Materialbahn unter den Erregern hindurch, ist es möglich, die Materialbahn gleichmäßig mit selbstorganisierenden Einbeulungen zu versehen. Zur Ausbildung glatter Bereiche sind Reihen von Einbeulungen voneinander beabstandet. Dieses Verfahren gestaltet sich relativ aufwendig.
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In der Druckschrift
DE 10 2005 013 539 B4 (
5) wird eine Vorrichtung zur Umformung einer Tafel oder eines Blechs offenbart, wobei die Vorrichtung einen Gesenkabschnitt, einen elektromagnetischen Aktuator und einen leitfähigen Rahmen umfasst. Der Gesenkabschnitt definiert eine profilierte Oberfläche, der elektromagnetische Aktuator ist gegenüber der profilierten Oberfläche des Gesenkabschnitts angeordnet. Der leitfähige Rahmen wird so gestaltet, dass er die Tafel oder das Blech in elektrischem Kontakt mit dem leitfähigen Rahmen in einer Position zwischen dem elektromagnetischen Aktuator und der profilierten Gesenkoberfläche festhält, bei Aktivierung des elektromagnetischen Aktuators eine Verformung der Tafel oder des Blechs gegen die profilierte Gesenkoberfläche gestattet und einen Rückflussweg für bei Aktivierung des elektromagnetischen Aktuators in der Tafel oder dem Blech induzierte Wirbelströme definiert. Um eine ausreichende Klemmung des Blechs zu bewirken, ist eine Pressvorrichtung vorgesehen, die eine Druckkraft auf das zwischen dem leitfähigen Rahmen und dem gesenkartigen Abschnitt festgehaltene Blech ausübt. Diese Vorrichtung dient zum Herstellen von Strömungsfeldplatten von Brennstoffzellen, weil sie in der Lage ist, Strömungskanäle zu bilden, deren Strömungskanaltiefe deutlich größer ist als die Dicke des Blechs. Diese Vorrichtung besitzt einen komplizierten konstruktiven Aufbau und ist zur Herstellung von wölbstrukturierten Blechen nicht geeignet.
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Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum elektromagnetischen Umformen von Werkstücken, bei dem eine das Werkstück verformende Umformkraft ausschließlich auf eine Hauptumformzone des Werkstückes aufgebracht wird, ist aus
DE 10 2007 053 361 A1 (
6) bekannt. Es ist vorgesehen, dass die Umformkraft durch wenigstens eine Flachspule erzeugt wird, die im Wesentlichen parallel zu einer Oberfläche eines Umformbereiches des in eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens eingelegten unverformten Werkstückes angeordnet ist. Das Verfahren ist insbesondere dafür ausgebildet, Blechtafeln bestimmte Ausprägungen zu geben, so dass diese zum Beispiel als Karosseriebauteile Anwendung finden können. Es ist vorgesehen, dass in unterschiedlichen Umformbereichen die Umformkräfte beziehungsweise die Umformkraftfelder mit unterschiedlichen Beträgen aufgebracht werden. Das heißt, dass die Umformkräfte lokal und/oder temporär und auch hinsichtlich ihrer Größe unterschiedlich aufgebracht werden können. Dabei kann ein Umformbereich eine gesamte Hauptumformzone oder auch nur einen Teil dieser Hauptumformzone oder auch mehrere Hauptumformzonen betreffen. Die Vorrichtung umfasst wenigstens eine die Negativform des herzustellenden Werkstücks aufweisende Matrize sowie mindestens einen Niederhalter und wenigstens eine im Wesentlichen parallel zu einer Oberfläche eines Umformbereiches des in die Vorrichtung eingelegten unverformten Werkstückes angeordnete Flachspule zum Aufbringen eines magnetischen Kraftfeldes auf das Werkstück. Die Negativform ist dabei die Ausprägung der Form des Werkstücks in der Matrize als Negativ, wie es zum Beispiel als Kavität im Gussverfahren oder in anderen herkömmlichen Magnetumformungsverfahren bekannt ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Herstellung eines 3D-strukturierten Bauteils mit einem Randbereich, der keine Strukturierung aufweist und im Wesentlichen gerade bzw. eben ausgebildet ist, zu entwickeln, die einen einfachen konstruktiven Aufbau aufweist.
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Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des ersten Schutzanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung eines eine 3D-Strukturierung aufweisenden Bauteils mit einem Randbereich, der keine Strukturierung aufweist und im Wesentlichen gerade bzw. eben ausgebildet ist, weist ein erstes Werkzeugelement, insbesondere in der Art eines Formstempels auf, welches mit einer Gravur versehen ist, die zur Ausbildung einer 3D-Strukturierung in einem Bereich eines Halbzeuges in Form eines Bleches dient, welches auf den Formstempel auflegbar ist, wobei sich an die Gravur des Formstempels eine dem Randbereich des herzustellenden Bauteils im Wesentlichen entsprechende Randfläche anschließt und bedarfsweise zwischen der Gravur und der Randfläche eine umlaufende Sicke und/oder ein umlaufender Freiwinkel angeordnet ist und wobei dem ersten Werkzeugelement gegenüberliegend ein zweites Werkzeugelement angeordnet ist, mit dem durch einen Energieeintrag das Material des Bleches in die Gravur des Formstempels einformbar ist. Durch dieses Werkzeug ist es möglich, aus einem Halbzeug in Form eines Bleches (z.B. einer Blechronde) ein Bauteil zu fertigen, welches partiell mit einer 3D-Struktur versehen ist und einen im Wesentlichen ebenen Randbereich aufweist, der es ermöglicht, an dem Bauteil mittels herkömmlicher Verbindungsverfahren andere Bauteile zu befestigen. Die 3D-Strukturierung ist dabei bevorzugt als Wölbstrukturierung ausgebildet und gewährleistet unter anderem eine höhere Steifigkeit des Bauteils. Bedarfsweise ist die Vorrichtung mit einem dritten Werkzeugelement versehen, welches auf der Seite des zweiten Werkzeugelementes angeordnet ist und mit welchem der Randbereich des Halbzeuges in Richtung zur Randfläche des ersten Werkzeugelementes fixierbar und ggf. mit einer Haltekraft beaufschlagbar ist.
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Das Halbzeug kann ein bereits über einen größeren Flächenbereich dreidimensional vorgeformtes Blech sein, wobei dann das zweite Werkzeugelement eine entsprechende dreidimensional gewölbte Kontur aufweist, in welche die Gravur eingebracht ist.
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Die Gravur des ersten Werkzeugelementes kann unterschiedlich ausgebildet sein. Zum einen ist es möglich, diese mit 3D-Strukturelementen als Negativ der im Halbzeug abzubildenden Struktur zu versehen. Das Halbzeug/Blech legt sich dabei im Bereich der Gravur durch den Energieeintrag des zweiten Werkzeugelementes komplett an die 3D-Strukturelemente an. Andererseits kann die Gravur Stützwände mit annähernd senkrechten Wänden und zwischen den Stützwänden gebildeten Ausnehmungen aufweisen, so dass sich das Halbzeug/Blech durch den Energieeintrag des zweiten Werkzeugelementes auf den Stützwänden abstützt und sich im Wesentlichen frei in die Ausnehmungen unter Bildung einer 3D-Strukturierung /Wölbstrukturierung einformt. In diesem Fall kann die Höhe der sich in den Ausnehmungen einstellenden 3D-Strukturierung des Bleches kleiner oder gleich der Tiefe der Ausnehmungen in der Gravur sein und durch den Energieeintrag des zweiten Werkzeugelementes eingestellt werden.
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Das erste Werkzeugelement kann auch nach der Gravur vor oder in seinem Randbereich abgewinkelt sein, so dass unterschiedliche Randgeometrien im Bauteil erzeugbar sind.
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Das zweite Werkzeugelement kann in einer ersten Variante in Richtung zur Gravur eine der Größe der Gravur im Wesentlichen entsprechende Elastomerplatte aufweisen und zum Energieeintrag in Richtung zum ersten Werkzeugelement bewegbar sein. Nachdem das Halbzeug auf dem ersten Werkzeugelement positioniert wurde, bewegt sich dann das zweite Werkzeugelement in Richtung zum ersten Werkzeugelement und wirkt auf das Blech mit einer Umformkraft, so dass sich das Material des Bleches durch die elastische Platte in die Gravur formt. Der am Halbzeug vorhandene Randbereich kann dabei fixiert werden. Dazu können das zweite Werkzeugelement und das dritte Werkzeugelement zueinander gestellfest angeordnet sein oder das dritte Werkzeugelement ist relativ zum ersten Werkzeugelement in der Art eines Niederhalters bewegbar und fixiert den Randbereich bzw. wirkt auf diesen mit einer Haltekraft bzw. Niederhalterkraft.
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Wird ein Halbzeug mit einer dreidimensional vorgeformten Kontur verwendet, weist das erste Werkzeugelement eine korrespondierende dreidimensional geformte Gravurfläche auf und auch die Elastomerplatte des zweiten Werkzeugelementes ist in Richtung zum Blech mit einer korrespondierenden dreidimensional gewölbten Kontur versehen.
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Besitzt die Gravur Stützwände und zwischen den Stützwänden gebildete Ausnehmungen, so ist es möglich, die Höhe der sich im Blech einstellenden 3D-Strukturen durch die Höhe und Härte/Elastizität der Elastomerplatte und die in Richtung zum ersten Werkzeugelement wirkende Umformkraft zu definieren. Durch eine Veränderung der Härte/Elastizität der Elastomerplatte und/oder eine Änderung der Umformkraft ist es auch möglich, die Höhe der 3D-Strukturen im Blech entsprechend zu verändern. Dabei ist es auch möglich, die Elastomerplatte aus Elastomerplattenelementen mit unterschiedlichen Elastizitäten zusammenzusetzen. Dadurch können ebenfalls unterschiedliche Strukturbereiche in der 3D-Struktur (Wölbstruktur) erzeugt werden.
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Damit können bei Verwendung einer Gravur, die über ihre gesamte Fläche eine gleiche Stützstruktur mit Ausnehmungen aufweist, durch unterschiedliche Elastomere, die im zweiten Werkzeugelement angeordnet sind, unterschiedlich tiefe Wölbstrukturen hergestellt werden. Selbstverständlich können zusätzlich die in der Gravur eingebrachten Strukturen unterschiedlich sein.
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Nach einer zweiten Variante der Erfindung ist das zweite Werkzeugelement in Form eines elektromagnetischen Aktuators ausgebildet, der den Energieeintrag durch ein magnetisches Feld zur Umformung des Bleches erzeugt.
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Wird ein drittes Werkzeugelement zum Fixieren oder Klemmen des Blechrandes verwendet, können der elektromagnetische Aktuator und das dritte Werkzeugelement zueinander gestellfest angeordnet sein oder das dritte Werkzeugelement relativ zum ersten Werkzeugelement in der Art eines Niederhalters bewegbar und geeignet, den Blechrand mit einer Niederhalterkraft zu beaufschlagen.
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Wird eine Gravur mit Stützwänden und zwischen den Stützwänden gebildeten Ausnehmungen verwendet, so wird die Höhe der sich im Blech einstellenden 3D-Strukturen durch die mit dem elektromagnetischen Aktuator erzeugte und in Richtung zum ersten Werkzeugelement wirkende Umformkraft induziert durch die magnetische Feldstärke. Durch eine Änderung der magnetischen Feldstärke des ektromagnetischen Aktuators kann die Tiefe und die Ausformung der sich im Blech einstellenden 3D-Strukturen eingestellt bzw. verändert werden. Zur Ausbildung unterschiedlicher 3D-Strukturen im Bauteil kann die Gravur unterschiedliche 3D-Strukturelemente als Negativ der im Halbzeug abzubildenden Struktur aufweisen bzw. unterschiedliche Stützwände bzw. Rasterungen und Größen und Rasterungen von Stützwänden und entsprechenden Ausnehmungen aufweisen. Die Stützwände weisen annähernd senkrechte Wände auf.
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Durch die Integration der Vorrichtung in ein Verbundwerkzeug oder ein Folgeverbundwerkzeug kann die Herstellung der Wölbstrukturierung einfach in den Fertigungsprozess und in vor- oder nachgelagerte Fertigungsstufen integriert werden. Durch ein dreidimensional strukturiertes Flächenelement, insbesondere in Form eines Bleches mit Wölbstruktur, beispielsweise in einem Innenausstattungsteil eines Fahrzeuges oder in einem anderen Produkt, ergeben sich neben einem verringertem Gewicht auch verbesserte Gebrauchseigenschaften. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann dabei eine materialschonende Umformung des Halbzeuges realisiert werden.
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Es ist mit der Vorrichtung auch möglich, Werkstoffe mit hohen Festigkeiten mit einer Wölbstrukturierung zu versehen. Beispielsweise können Materialien (Blech) aus Stahl, Aluminium, Magnesium usw. mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung bearbeitet werden
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Weiterhin kann der neuartige Aufbau klimatisierend wirken und die akustischen Eigenschaften verbessern, wodurch insgesamt ein verbesserter Komfort erzielt wird.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 ein erstes Werkzeugelement in der Draufsicht, dass 3D-Strukturelemente als Negativ aufweist,
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2 ein erstes Werkzeugelement gem. 1 in dreidimensionaler Ansicht,
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3 ein erstes Werkzeugelement in der Draufsicht, wobei die Gravur Stützwände aufweist und zwischen den Stützwänden gebildete Ausnehmungen vorhanden sind,
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4 erstes Werkzeugelement gem. 3 in dreidimensionale Ansicht,
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5 eine Teildarstellung eines ersten Werkzeugelementes mit einer dreidimensional gekrümmten Anlagefläche und einer Gravur mit Stützwänden,
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6 eine Teildarstellung eines mit einer Wölbstruktur versehenen Werkstücks,
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7 einen Schnitt durch ein erstes Werkzeugelement mit Stützwänden und einem eingeformten Blech,
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8 die Prinzipdarstellung eines ersten Werkzeugelementes, eines damit umzuformenden Halbzeuges, welches durch Tiefziehen vorgeformt wurde, und eines darüber angeordneten zweiten Werkzeugelementes mit einer Elastomerplatte,
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9 die Prinzipdarstellung gem. 8, wobei das Halbzeug in das erste Werkzeugelement eingelegt wurde,
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10 die Prinzipdarstellung einer Vorrichtung mit einem zweiten Werkzeugelement in Form eines elektromechanischen Aktuators.
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In 1 ist ein erstes Werkzeugelement 1 in der Art eines Formstempels mit im Wesentlichen flacher Ersteckung in der Draufsicht und in 2 in dreidimensionaler Darstellung angebildet, welches eine Gravur 2 mit 3D-Strukturelementen 3 als Negativ aufweist für die 3D-Struktur des herzustellenden Bauteils aufweist. Die 3D-Strukturelemente 3 sind in Form von flachen Mulden und in der Draufsicht sechseckig ausgebildet. An die Gravur 2 schließt sich eine umlaufende schmale Fläche 4 an, die in einem Freiwinkel α geneigt ist an diese grenzt eine ebenfalls umlaufende Randfläche 5 zur Erzeugung eines flachen Randes eines hier nicht dargestellten Bauteiles.
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In 3 wird ein erstes Werkzeugelement 1 mit einer Gravur 2 in der Draufsicht und in 4 in dreidimensionaler Darstellung gezeigt, wobei die Gravur 2 Stützwände 6 aufweist und zwischen den Stützwänden 6 Ausnehmungen 7 vorhanden sind. Die Stützwände sind wabenförmig (sechseckig) zueinander angeordnet und stehen miteinander in Verbindung. Auch hier schließt sich an die Gravur 2 eine umlaufende schmale Fläche 4 an, die in einem Freiwinkel α geneigt ist und an welche ebenfalls eine umlaufende Randfläche 5 zur Erzeugung eines flachen Randes eines hier nicht dargestellten Bauteiles abgrenzt.
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Eine Teildarstellung eines ersten Werkzeugelementes 1 mit einer dreidimensional gekrümmten nicht bezeichneten Anlagefläche für ein Halbzeug und einer darin eingebrachten Gravur 2 mit Stützwänden 6 und Ausnehmungen 7 ist in 5 dargestellt. Es ist ersichtlich, dass sich an die Gravur 2 eine Randfläche 5 anschließt, die erst in der Erstreckung der Gravur verläuft und dann in einem Bereich 5.1 nach unten abgewinkelt ist.
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6 zeigt eine Teildarstellung eines mit einer Wölbstruktur W versehenen Bauteil 8. Die Wölbstruktur W wurde mit dem in 5 dargestellten ersten Werkzeugelement 1 hergestellt. An diese schließt sich im Bauteil 8 ein umlaufender Randbereich 9 an, der gemäß der Randfläche 5 ausgebildet ist. An den Randbereich 9 schließt sich ein im Winkel gebogener Bereich 9.1 an, der mit dem Bereich 5.1 (5) korrespondiert. An diesen schließt ein Flansch 10 an. Je nach dem, wie das Bauteil 8 weiter verarbeitet werden soll, wird es nachfolgend im Randbereich 9, im Bereich 9.1 oder im Flansch 10 beschnitten.
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In 7 ist ein Schnitt durch ein erstes Werkzeugelement 1 mit Stützwänden 6 Ausnehmungen 7 und einem eingeformten Bauteil 8 dargestellt. Daraus ist ersichtlich, dass die Höhe h der sich in den Ausnehmungen 7 einstellenden 3D-Strukturierung/ Wölbstrukturierung W des Bauteils 8 kleiner ist als die Tiefe t der Ausnehmungen 7. Die Höhe h lässt sich durch den Energieeintrag des hier nicht dargestellten zweiten Werkzeugelementes einstellen.
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Die Prinzipdarstellung einer Vorrichtung mit einem ersten Werkzeugelement 1, welches in einem Unterwerkzeug 11 (z.B. auswechselbar und gestellfest) angeordnet ist, eines damit umzuformenden Halbzeuges 12, welches durch Tiefziehen vorgeformt wurde, und eines darüber angeordneten zweiten Werkzeugelementes 13 mit einer Elastomerplatte 14 in Richtung zum Unterwerkzeug 1 ist in 8 dargestellt. Das Halbzeug 12 wurde aus einer Blechronde durch Tiefziehen vorgeformt und weist eine napfförmige Gestalt mit einem Boden 12.1, einen Wandbereich 12.2 und einen nach außen weisenden Flansch 12.3 auf. Der Boden 12.1 ist entgegen dem Flansch 12.3 konvex nach außen mit einer dreidimensionalen Kontur vorgeformt. Die Gravur 2 im ersten Werkzeugelement 1 weist eine dem Boden 12.1 angepasste konvexe Kontur auf und die sich anschließende Randfläche 5 entspricht ebenfalls dem Verlauf des Bodens 12.1 des Halbzeuges 12. Der in Richtung zum Unterwerkzeug 11 abgewinkelte Bereich 5.1 entspricht im Wesentlichen der Höhe des Wandbereiches 12.2. Das zweite Werkzeugelement 13 ist korrespondierend mit dem Boden 12.1 in dessen Richtung konkav gekrümmt und auch die daran befestigte Elastomerplatte 14 weist eine konkave Krümmung auf.
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9 zeigt die Prinzipdarstellung gem. 8, wobei das Halbzeug 12 in das erste Werkzeugelement 1 eingelegt wurde. Das Halbzeug 12 liegt mit seinem Boden 12.1 auf der hier nicht sichtbaren Gravur und dem nicht sichtbaren Rand 5 auf und umringt mit seinem Wandbereich 12.2 den hier ebenfalls nicht sichtbaren Bereich 5.1 des ersten Werkzeugelementes und liegt mit seinem Flansch 12.3 auf der Oberseite des Unterwerkzeuges 11 auf. Nun wird das zweite Werkzeugelement 13 in Pfeilrichtung auf den Boden 12.1 und gegen die Gravur des ersten Werkzeugelementes in einer Kraft F gepresst, wodurch sich das Material des Bodens in die Gravur 2 einformt und dadurch eine 3D-Strukturierung im Boden 12.1 erzeugt wird. Es ist möglich, den Flansch 12.3 dabei zu fixieren oder mit einer Haltekraft zu beaufschlagen. Dies ist jedoch für eine Vielzahl von Anwendungen nicht zwingend erforderlich.
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Eine weitere Variante zur Herstellung der 3D-Struktur wird in 10 als Prinzipdarstellung gezeigt. Die Vorrichtung weist ein zweites Werkzeugelement in Form eines elektromechanischen Aktuators 15 auf, der nach dem Positionieren des Halbzeuges 12 auf dem ersten Werkzeugelement 1 darüber positioniert wird und durch die Feldstärke eines Magnetfeldes den Boden 12.2 in die Gravur 2 des ersten Werkzeugelementes 1 einformt und dadurch die 3D-Sruktur erzeugt. Hier ist es vorteilhaft, wenn der Flansch 12.3, der auf dem Unterwerkzeug 11 aufliegt durch einen Stempel 16 fixiert oder mit einer Haltekraft beaufschlagt wird.
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Selbstverständlich können auch je nach der Geometrie des herzustellenden Bauteils andere Vorformen in Halbzeug realisiert werden. Das vorgeformte Halbzeug wird dann zumindest mit dem Bereich der mit einer 3D-Struktur versehen werden soll, an die Gravur des ersten Werkzeugelementes angelegt und dann durch das zweite Werkzeugelement umgeformt.
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Es können 3D-Strukturierungen in den unterschiedlichsten Varianten in regelmäßigen oder unregelmäßigen Anordnungen in gleichen oder unterschiedlichen Größen in das Bauteil eingebracht werden. Die Grundform der 3D-Strukturierung kann (in der Draufsicht) in Form eines Vielecks (sechseckig, dreieckig usw.), rund oder oval ausgebildet sein.
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Die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wölbstrukturierten Bleche sind für alle Bereiche prädestiniert, in welche erhöhte Festigkeits- bzw. Steifigkeitsanforderungen von Wichtigkeit sind. Vorteilhaft sind auch die schalldämmenden Eigenschaften der wölbstrukturierten Bauteile.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10259591 A1 [0002]
- DE 10321032 B4 [0003]
- DE 102005025620 A1 [0003]
- DE 102008056521 B3 [0003]
- DE 19711103 B4 [0005]
- DE 102005013539 B4 [0006]
- DE 102007053361 A1 [0007]
