EP2208551A2 - Verfahren zur Herstellung eines komplexen Blechformteils - Google Patents

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EP2208551A2
EP2208551A2 EP09015648A EP09015648A EP2208551A2 EP 2208551 A2 EP2208551 A2 EP 2208551A2 EP 09015648 A EP09015648 A EP 09015648A EP 09015648 A EP09015648 A EP 09015648A EP 2208551 A2 EP2208551 A2 EP 2208551A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sheet metal
tool
forming
metal part
contour line
Prior art date
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Granted
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EP09015648A
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English (en)
French (fr)
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EP2208551A3 (de
EP2208551B1 (de
Inventor
Maik Hammer
Stefan Bartscher
Gero Dr. Kempf
Johann Van Niekerk
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
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Publication date
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Publication of EP2208551A3 publication Critical patent/EP2208551A3/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D22/00—Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
    • B21D22/02—Stamping using rigid devices or tools
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D53/00—Making other particular articles
    • B21D53/88—Making other particular articles other parts for vehicles, e.g. cowlings, mudguards
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D19/00—Flanging or other edge treatment, e.g. of tubes
    • B21D19/08—Flanging or other edge treatment, e.g. of tubes by single or successive action of pressing tools, e.g. vice jaws

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a complex sheet metal part, as well as a complex sheet metal part produced by this method.
  • a complex sheet metal part is understood in the context of this invention, due to its spatial shape or shape only consuming writable sheet metal part.
  • a complex sheet-metal shaped part can be composed or formed from many individual, even curved, surface sections. Due to its complex shape, such a complex sheet metal part according to the current state of the art can only be produced in a complex manner.
  • the complex sheet metal parts are simply shaped sheet metal parts opposite, which can be easily described and produced in a simple manner, for example. By simple bending operations or the like.
  • Body parts for motor vehicles in particular body panels and structural parts, are often complex sheet metal parts.
  • An object of the invention is to provide a comparatively favorable possibility to be able to provide complex sheet-metal shaped parts with a high quality level.
  • ruled surfaces and / or free-form surfaces and a plurality of contour lines are formed.
  • a plurality of free-form surfaces is formed.
  • at least one free-form surface is formed, which is delimited at least in sections by at least one contour line.
  • control surface can be understood to mean a surface or a surface section which can be described mathematically simply. Ruled surfaces can in particular be planes, one-dimensionally curved surfaces with constant radii of curvature, lateral surfaces of cylinders, cones and the like.
  • free-form surface can be understood to mean a complex, preferably multi-curved surface which, in particular, can not be mathematically described by simple geometric basic forms such as straight line, circle and conic section.
  • a free-form surface can, for example, have complex concave and / or convex sections.
  • a ruled surface and a free-form surface are characterized in particular by the fact that they have only a slight change in shape (comparative shape change). In the case of work hardening sheet metal materials, this change in shape is particularly so small that no appreciable cold work hardening occurs during forming.
  • a "contour line” is understood to mean a bending line or a bending edge.
  • Such a contour line is defined essentially by its spatial course, its bending angle and / or its bending radius.
  • a contour line preferably has a curved and in particular a spatially multiply curved course.
  • the bend radius and / or the bend angle may vary along the course.
  • the bending contour can deviate from a circle segment.
  • the bending angle is chosen so that a crack-free forming is guaranteed.
  • the bending radius is at least partially selected so that when forming a cold work hardening sheet material, a work hardening occurs.
  • the output board essentially corresponds to a precise development of the ready-to-install sheet metal part. This implies that during the forming no stretching or compression of the sheet material takes place, so that the starting sheet thickness is maintained in an advantageous manner over the entire sheet metal part. An exception is formed by the regions of the contour lines in which, in particular, bending shortening can occur, which can certainly be taken into account in the development of the sheet metal part, which is indicated by the wording "substantially.”
  • the cutting determination preferably takes place by means of CAD systems.
  • the invention is based on the idea of designing a complex shaped sheet metal part such that it comprises rule surfaces and / or free-form surfaces which are separated from one another by means of at least one contour line or subdivided by means of this contour line.
  • the ruled surfaces and / or free-form surfaces are defined here by the spatial progression of an adjacent contour line or of all adjacent contour lines. That The spatial shape or the shape of the adjacent surfaces or surface sections is predetermined or determined by the spatial progression of a contour line.
  • the sheet metal part In the previous design process and in particular in the 3D geometry determination for the sheet metal part is about to divide the overall geometry in individual rule surfaces and / or free-form surfaces and starting from the spatial shape of these individual areas or surface sections suitable gradients for the contour lines, and suitable bending angle and / or bending radii to define, with the reverse sequence is possible.
  • the shape of the sheet metal part must also be developable in the plane, as explained above.
  • the invention has many advantages.
  • the forming takes place essentially in only one main forming stage, for which only one forming tool and only one forming press are required. Due to the resulting low investment costs, the invention is therefore particularly suitable for small quantities and small batches. However, this does not preclude the fact that the Hauptumformwork follow other Umformworkn or may be upstream.
  • the sheet metal parts produced by the process according to the invention to a high level of quality, which is quite close to the quality of deep-drawn metal parts, although in the production of sheet metal parts according to the invention explicitly no deep-drawing process is performed. But that does not contradict that the method according to the invention can be combined with a deep drawing process. Furthermore arise for the design process of the sheet metal part new degrees of freedom.
  • a front flap with integrated side walls or a complete floor assembly for a motor vehicle which is usually realized in the art by a plurality of sheet metal parts joined together and thus is correspondingly complex and costly.
  • the forming takes place between a substantially rigid lower and a substantially rigid upper tool part, which are arranged in a forming press, wherein at least one of these tool parts has at least one closed shaping tool contour.
  • all tool parts that are directly involved in forming have a closed shaping tool contour.
  • the tool parts can also be referred to as upper tool and lower tool. These can each be constructed in several parts. By using rigid tool parts, the quality of the produced sheet metal parts can be improved.
  • a bend (of the sheet metal material) takes place with a small bending radius.
  • the term "small” here refers in particular to the relationship between the bending radius and the starting sheet thickness. Preferably, this ratio is in the range between 5 and 10 and in particular in the range between 2 and 5.
  • the inventive method advantageously offers the possibility of defined formation of small radii and very small radii despite large depths of form, and this in particular even at high forming speeds.
  • the application can be done, for example, by means of the upper tool to a shaping tool contour in the lower tool, or vice versa.
  • the use of lubricant can thus largely be dispensed with; in addition, sheet metal materials with coated, pretreated and / or ready-to-install surfaces, in particular painted surfaces, can be used. Also, a hold-down is not required, so that a Ziehflansch deleted and sheet material is saved.
  • a pressing operation is carried out, in which at least one contour line (of the sheet metal part) is finally formed or pronounced.
  • This pressing operation is preferably carried out in the same forming tool and with high pressing forces, which are a multiple of the previous forming forces.
  • At least one control surface and / or free-form surface of the sheet metal part is at least partially provided with a structuring of increasing stiffness during a pressing operation.
  • Such structuring may be, for example, an embossed honeycomb structure or the like.
  • the positioning of the output board in the forming tool takes place by means of at least one locking device.
  • a locking device may, for example, be a simple locking pin or locking bolt.
  • a suction device may be included in the forming tool.
  • openings in the sheet metal part are formed by pre-apertures in the output board.
  • Such openings may be bores, contoured recesses and the like. Starting from their position in the sheet metal part takes place through the plane Processing their positioning on the output board. This makes it possible to dispense with subsequent expensive cutting tools.
  • the final forming of at least one contour line (of the sheet-metal shaped part) or a folding or edge-edge takes place by means of a separately movable tool part of the same forming tool.
  • a separately movable tool part of the same forming tool can be produced.
  • the separate tool part can be actuated, for example, by means of an auxiliary ram or a die cushion of the forming press.
  • a complex shaped sheet metal part according to the invention is produced by the process according to the invention.
  • This comprises at least two ruled surfaces and / or free-form surfaces which are delimited from one another by at least one contour line, wherein the ruled surfaces and / or free-form surfaces have a relatively small change in shape over their entire extent and a stiffness of the sheet metal part to a substantial proportion of the at least one Contour line results.
  • the rigidity can be, for example, the overall stiffness (for example, relevant to the crash case), the torsional stiffness or the average buckling stiffness.
  • the rigidity of the sheet metal part results in particular from the prevailing stresses in the control surfaces and / or the free-form surfaces, from a possible structuring of these surfaces, from the bending resistance of all contour lines, from the stress distribution of sheet metal top to sheet metal bottom especially in the region of these contour lines and from a work hardening along of these contour lines.
  • the stiffness of the sheet metal part is to result in a substantial proportion of at least one contour lines and preferably from the totality of all contour lines insofar as the control surfaces and / or free-form surfaces are stabilized by the adjacent contour lines.
  • a contour line in particular also prevents an elastic return of an adjacent free-form surface.
  • the complex sheet-metal shaped part according to the invention has, in the region of at least one contour line, at least in sections, a locally high change in shape (comparative shape change).
  • the change in shape is preferably so great that a clear work hardening occurs in the sheet material, as already explained above in connection with the term "contour line”.
  • Fig. 1 shows the inventive method for producing a complex sheet metal part in a schematic overview. The sequence of the process takes place according to the illustration from bottom left to top right, which is symbolized by the arrows.
  • the method comprises first providing a finished trimmed output board 10 made of a sheet metal material.
  • the contour of the output board 10 essentially corresponds to a precise development of the product to be produced Sheet metal part.
  • the output board 10 comprises pre-punched openings in the form of contoured recesses 12 and holes 14.
  • the output board 10 is positioned in a forming tool 20 with an upper tool 22 and a lower tool 25.
  • the forming tool 20 is installed in a forming press, not shown.
  • a forming of the output board 10 to a sheet metal part 30 such that here ruled surfaces and / or free-form surfaces 32 are formed, which delimited by at least one contour line 34 from each other at least in sections , limited or limited.
  • a contour line 34 is a spatially extending bending line or bending edge.
  • the illustrated sheet metal part 30 is an example of a front flap of a motor vehicle. The transformation from the output board 10 to the sheet metal part 30 takes place in only one forming stage (Hauptumformcut). After this transformation, no trimming of the sheet metal part 30 is required.
  • the sheet metal part 30 is as it were ready to install, subject to any cleaning and / or painting or the like.
  • the forming of the output board 10 to the sheet metal part 30 by the forming tool 20 is shown schematically in the Fig. 2a and 2b shown.
  • Fig. 2a shows the inserted between upper tool 22 and lower tool 25 output board 10. This is smaller in size than the shaping tool contours 23 and 26 of the upper tool 22 and the lower tool 25.
  • the output board 10 is formed.
  • the reshaping takes place in such a way that the sheet material of the output board 10 successively and / or in sections starting from at least one eg. Highest contact point to the closed forming tool contours 23 and / or 26, wherein in the following a relative movement between the adjacent sheet material and the forming tool 20 is largely avoided.
  • the output sheet thickness of the output board 10 is maintained over the entire sheet metal molding 30. Consequently also have the introduced into the output board 10 openings 12 and 14 in the finished molded sheet metal part 30 their exact position and geometry, as in Fig. 1 indicated.
  • Fig. 2b shows the closed forming tool 20.
  • the output board 10 has been here converted in the manner described above to the sheet metal molding 30.
  • a pressing operation can be carried out with high pressing forces in order to finally form at least one contour line 34 and / or to provide at least one control surface and / or free-form surface 32 with a stabilizing and stiffness-increasing structuring.
  • This structuring is introduced by the shaping tool contours 23 and / or 26 in the sheet metal molding 30.
  • Fig. 3a shows the output board 10 in a plan view, which when forming after the Fig. 2 is used. Shown here are the forming during forming contour lines 34th Fig. 3b shows the produced sheet metal part 30 in a perspective view with the ruled surfaces and / or free-form surfaces 32, which are delimited by the contour lines 34 to each other.
  • Fig. 4a shows the lower tool 25 of the forming tool 20 in a perspective view. This includes a closed shaping tool contour 26 and three tool guides 27 for the upper tool 22. Also shown is a resting on the tool contour 26 finished molded sheet metal part 30, which in the manner described above from the output board 10 by successive and / or sectional application of the sheet material was made to the shaping tool contour 26 and can be removed from the forming tool 20 in the state shown.
  • Fig. 4b shows that to Fig. 4a corresponding, turned upper tool 22 in a perspective view.
  • This comprises a shaping tool contour 23, which is formed as a negative contour to the shaping tool contour 26 of the lower tool 25 with an offset.
  • the application of the sheet material to the tool contour 26 of the lower tool 25 by means of the shaping tool contour 23 in the upper tool 22 (or vice versa), without a Relative movement between the sheet material and the shaping tool contours 23 and 26 is given.
  • the shaping tool contours 23 and 26 comprise corresponding shaping sections, which are shown schematically in the illustrated upper tool 22 and designated by the reference numeral 24 and which the sheet material during closing and in particular compression of the forming tool 20 against corresponding shaping sections of the shaping tool contour 26 in Press lower tool 25 (or vice versa) to thereby form a contour line 34 exactly.
  • Fig. 5 shows an alternative or supplementary possibility for forming at least one contour line.
  • the same components are designated by the same reference numerals but with the addition "a”.
  • the forming tool 20a comprises, in addition to the upper tool 22a and the lower tool 25a, a tool part 29a which is movable separately and parallel to the upper tool 22a.
  • a formation of ruled surfaces and / or free-form surfaces 32a takes place between the shaping tool contours of the upper tool 22a and the lower tool 25a.
  • a formation of contour lines 34a, by the tool part 29a is moved downward as shown, wherein initially a folding or stopping the sheet material down.
  • the separate tool part 29a can be moved by the auxiliary ram of a forming press. Alternatively and / or additionally, a separate tool part can also be moved from below, for example by means of the drawing cushion of the forming press. In the same way, undercut can also be produced on the sheet-metal shaped part 30a, for example by means of a laterally displaceable separate tool part.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Shaping Metal By Deep-Drawing, Or The Like (AREA)
  • Bending Of Plates, Rods, And Pipes (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines komplexen und im Wesentlichen nach der Formgebung einbaufertigen Blechformteils (30) aus einem Blechmaterial, umfassend die folgenden Schritte: - Zuschneiden einer ebenen Ausgangsplatine (10), deren Kontur im Wesentlichen einer exakten Abwicklung des einbaufertigen Blechformteils (30) in der Ebene entspricht; - Positionieren der Ausgangsplatine (10) in einem Umformwerkzeug (20), das wenigstens zwei axial zueinander bewegbare Werkzeugteile (22,25) umfasst; und - axiales Bewegen dieser Werkzeugteile (22,25) zueinander, wobei ein Umformen der Ausgangsplatine (10) zu einem einbaufertigen Blechformteil (30) derart erfolgt, dass wenigstens zwei Regelflächen und/oder Freiformflächen (32) ausgebildet werden, welche durch wenigstens eine Konturlinie (34) zumindest abschnittsweise voneinander abgegrenzt sind. Die Erfindung betrifft ferner ein hiernach hergestelltes komplexes Blechformteil (30).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines komplexen Blechformteils, sowie ein nach diesem Verfahren hergestelltes komplexes Blechformteil.
  • Unter einem komplexen Blechformteil wird im Rahmen dieser Erfindung ein aufgrund seiner räumlichen Form bzw. Gestalt nur aufwändig beschreibbares Blechformteil verstanden. Ein komplexes Blechformteil kann bspw. aus vielen einzelnen, auch gekrümmten, Flächenabschnitten zusammengesetzt bzw. gebildet sein. Aufgrund seiner komplexen Gestalt lässt sich ein solches komplexes Blechformteil nach heutigem Stand der Technik nur aufwändig herstellen. Den komplexen Blechformteilen stehen einfach gestaltete Blechformteile gegenüber, welche sich einfach beschreiben und auf einfache Weise, bspw. mittels einfacher Biegeoperationen oder dergleichen, herstellen lassen.
  • Karosserieteile für Kraftfahrzeuge, wie insbesondere Außenhautteile und Strukturteile, sind häufig komplexe Blechformteile.
  • Komplexe Blechformteile, wie insbesondere Karosserieteile, werden nach heutigem Stand der Technik typischerweise in mehrstufigen Umformprozessen und insbesondere Tiefziehprozessen hergestellt. Hierzu sind aus dem Stand der Technik bspw. Pressenstraßen oder Transferstufenpressen bekannt, bei denen das umzuformende Blechmaterial von einer Umformstufe zur nächsten gereicht und abschließend im fertig geformten Zustand gelocht und/oder beschnitten wird.
  • Hieran nachteilig sind die hohen Investitionskosten für die Anlagen und Werkzeuge, die zu kleinen Stückzahlen in einem ungünstigen Verhältnis stehen. Zur Behebung dieses Nachteils wurden diverse Vorschläge gemacht. Die US 4,212,188 schlägt ein einstellbares Umformwerkzeug vor, bei dem sowohl im Unterwerkzeug als auch im Oberwerkzeug eine Vielzahl von höhenverstellbaren Druckstempeln matrixartig angeordnet ist, mit denen eine formgebende Kontur veränderbar eingestellt werden kann. Ein ähnliches Verfahren unter Zuhilfenahme eines CAD-Programms ist aus der jüngeren DE 100 65 142 A1 bekannt. In der aktuellen GB 2 444 574 A wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem ein Blechmaterial mit Hilfe von aufgesetzten Klötzen entlang definierter Biegelinien zu einem komplexen Blechformteil umgeformt wird. Die Klötze werden bspw. durch Roboterarme bewegt. Nachteilig an diesen Verfahren ist jedoch, dass ein hohes Qualitätsniveau der Blechformteile, wie insbesondere für Außenhautteile, nicht erreicht wird.
  • Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine vergleichsweise günstige Möglichkeit aufzuzeigen, komplexe Blechformteile mit einem hohen Qualitätsniveau bereitstellen zu können.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein erfindungsgemäßes Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Diese Aufgabe wird ferner gelöst durch ein erfindungsgemäßes komplexes Blechformteil mit den Merkmalen des ersten nebengeordneten Anspruchs. Vorteilhafte und bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweils abhängigen Ansprüche. Die Verwendung eines erfindungsgemäßen komplexen Blechformteils als Karosserieteil für ein Kraftfahrzeug ist Gegenstand des zweiten nebengeordneten Anspruchs.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren dient der Herstellung eines komplexen und im Wesentlichen nach der Formgebung einbaufertigen Blechformteils aus einem Blechmaterial. Es umfasst die folgenden Schritte:
    • Zuschneiden einer ebenen Ausgangsplatine, deren Kontur im Wesentlichen einer exakten Abwicklung des einbaufertigen Blechformteils in der Ebene entspricht;
    • Positionieren der Ausgangsplatine in einem Umformwerkzeug, das wenigstens zwei axial zueinander bewegbare Werkzeugteile umfasst; und
    • axiales Bewegen dieser Werkzeugteile zueinander, wobei ein Umformen der Ausgangsplatine zu einem einbaufertigen Blechformteil derart erfolgt, dass wenigstens zwei Regelflächen und/oder Freiformflächen ausgebildet werden, welche durch wenigstens eine Konturlinie zumindest abschnittsweise voneinander abgegrenzt sind.
  • Hierbei ist bevorzugt, dass mehr als zwei Regelflächen und/oder Freiformflächen und eine Vielzahl von Konturlinien ausgebildet werden. Besonders bevorzugt wird eine Vielzahl von Freiformflächen ausgebildet. Insbesondere wird jedoch wenigstens eine Freiformfläche ausgebildet, die zumindest abschnittsweise von wenigstens einer Konturlinie begrenzt ist.
  • Unter dem Begriff "Regelfläche" kann im Rahmen der Erfindung eine Fläche oder ein Flächenabschnitt verstanden werden, der sich mathematisch einfach beschreiben lässt. Regelflächen können insbesondere Ebenen, eindimensional gekrümmte Flächen mit konstanten Krümmungsradien, Mantelflächen von Zylindern, Kegeln und dergleichen sein.
  • Unter dem Begriff "Freiformfläche" kann im Rahmen der Erfindung eine komplexe, bevorzugt mehrfach gekrümmte Fläche verstanden werden, welche sich insbesondere nicht durch einfache geometrische Grundformen wie Gerade, Kreis und Kegelschnitt mathematisch beschreiben lässt. Eine Freiformfläche kann bspw. komplexe konkave und/oder konvexe Abschnitte aufweisen.
  • Eine Regelfläche und eine Freiformfläche zeichnen sich im Rahmen der Erfindung insbesondere dadurch aus, dass diese eine nur geringe Formänderung (Vergleichsformänderung) aufweisen. Bei kaltverfestigenden Blechmaterialien ist diese Formänderung insbesondere so gering, dass beim Umformen keine nennenswerte Kaltverfestigung eintritt.
  • Unter einer "Konturlinie" wird im Rahmen der Erfindung eine Biegelinie oder eine Biegekante verstanden. Eine solche Konturlinie ist im Wesentlichen durch ihren räumlichen Verlauf, ihren Biegewinkel und/oder ihren Biegeradius definiert. Eine Konturlinie weist bevorzugt einen gekrümmten und insbesondere einen räumlich mehrfach gekrümmten Verlauf auf. Der Biegeradius und/oder der Biegewinkel können entlang des Verlaufs variieren. Die Biegekontur kann von einem Kreissegment abweichen. Der Biegewinkel ist so gewählt, dass ein rissfreies Umformen gewährleistet ist. Bevorzugt ist der Biegeradius zumindest abschnittsweise so gewählt, dass beim Umformen eines kaltverfestigenden Blechmaterials eine Kaltverfestigung eintritt.
  • Die Ausgangsplatine entspricht im Wesentlichen einer exakten Abwicklung des einbaufertigen Blechformteils. Dies impliziert, dass beim Umformen keine Streckung oder Stauchung des Blechmaterials erfolgt, so dass die Ausgangsblechdicke in vorteilhafter Weise über das gesamte Blechformteil erhalten bleibt. Eine Ausnahme bilden die Bereiche der Konturlinien, in denen insbesondere eine Biegeverkürzung eintreten kann, welche bei der Abwicklung des Blechformteils durchaus berücksichtig werden kann, was durch die Formulierung ,;im Wesentlichen" angezeigt ist. Die Zuschnittsbestimmung erfolgt bevorzugt mittels von CAD-Systemen.
  • Die Erfindung basiert auf der Idee, ein komplexes Blechformteil so zu gestalten, dass dieses Regelflächen und/oder Freiformflächen umfasst, welche mittels wenigstens einer Konturlinie voneinander getrennt bzw. mittels dieser Konturlinie unterteilt sind. Die Regelflächen und/oder Freiformflächen sind hierbei durch den räumlichen Verlauf einer angrenzenden Konturlinie oder aller angrenzenden Konturlinien definiert. D.h. durch den räumlichen Verlauf einer Konturlinie wird die räumliche Form bzw. die Gestalt der angrenzenden Flächen oder Flächenabschnitte vorgegeben bzw. bestimmt. Im vorausgehenden Gestaltungsprozess und insbesondere in der 3D-Geometriefindung für das Blechformteil geht es darum, die Gesamtgeometrie in einzelne Regelflächen und/oder Freiformflächen einzuteilen und ausgehend von der räumlichen Form dieser einzelnen Flächen oder auch Flächenabschnitte geeignete Verläufe für die Konturlinien, sowie geeignete Biegewinkel und/oder Biegeradien zu definieren, wobei auch die umgekehrte Abfolge möglich ist. Die Gestalt des Blechformteils muss zudem in der Ebene abwickelbar sein, wie zuvor erläutert.
  • Die Erfindung hat viele Vorteile. Das Umformen vollzieht sich im Wesentlichen in nur einer Hauptumformstufe, wozu nur ein Umformwerkzeug und nur eine Umformpresse erforderlich sind. Aufgrund der resultierenden geringen Investitionskosten ist die Erfindung daher insbesondere auch für kleine Stückzahlen und Kleinserien geeignet. Dem steht es jedoch nicht entgegen, dass der Hauptumformstufe weitere Umformstufen nachfolgen oder vorgelagert sein können. Andererseits weisen die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Blechformteile ein hohes Qualitätsniveau auf, das durchaus an die Qualität tiefgezogener Umformteile heranreicht, obwohl bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Blechformteile explizit kein Tiefziehprozess durchgeführt wird. Dem steht es jedoch nicht entgegen, dass das erfindungsgemäße Verfahren mit einem Tiefziehprozess kombiniert werden kann. Weiterhin ergeben sich für den Gestaltungsprozess des Blechformteils neue Freiheitsgrade. So ist z.B. die Herstellung einstückiger Großbauteile möglich, wie bspw. einer Frontklappe mit integrierten Seitenwänden oder einer vollständigen Bodengruppe für ein Kraftfahrzeug, was im Stand der Technik meist durch mehrere miteinander gefügte Blechformteile realisiert wird und somit entsprechend aufwändig und kostenintensiv ist.
  • Gemäß einer bevorzugen Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Umformen zwischen einem im Wesentlichen starren unteren und einem im Wesentlichen starren oberen Werkzeugteil erfolgt, die in einer Umformpresse angeordnet sind, wobei wenigstens eines dieser Werkzeugteile wenigstens eine geschlossene formgebende Werkzeugkontur aufweist. Bevorzugt weisen alle unmittelbar am Umformen beteiligten Werkzeugteile eine geschlossene formgebende Werkzeugkontur auf. Gemäß ihrer Anordnung können die Werkzeugteile auch als Oberwerkzeug und Unterwerkzeug bezeichnet werden. Diese können jeweils auch mehrteilig aufgebaut sein. Durch die Verwendung starrer Werkzeugteile kann die Qualität der hergestellten Blechformteile verbessert werden.
  • Gemäß einer bevorzugen Weiterbildung ist vorgesehen, dass beim Umformen entlang einer Konturlinie zumindest abschnittsweise eine Biegung (des Blechmaterials) mit einem kleinen Biegeradius erfolgt. Der Begriff "klein" bezieht sich hierbei insbesondere auf das Verhältnis zwischen Biegeradius und Ausgangsblechdicke. Bevorzugt liegt dieses Verhältnis im Bereich zwischen 5 und 10 und insbesondere im Bereich zwischen 2 und 5. Des Weiteren gelten die obigen Ausführungen zur Konturlinie. Das erfindungsgemäße Verfahren bietet in vorteilhafter Weise die Möglichkeit zur definierten Ausbildung kleiner Radien und sehr kleiner Radien trotz großer Formtiefen, und dies insbesondere auch bei hohen Umformgeschwindigkeiten.
  • Gemäß einer bevorzugen Weiterbildung ist vorgesehen, dass sich das Blechmaterial beim Umformen sukzessive und/oder abschnittsweise an die geschlossene formgebende Werkzeugkontur wenigstens eines Werkzeugteils anlegt und in der Folge eine Relativbewegung zwischen dem anliegenden Blechmaterial und dem Werkzeugteil weitgehend vermieden wird. Das Anlegen kann bspw. mittels des Oberwerkzeugs an eine formgebende Werkzeugkontur im Unterwerkzeug erfolgen, oder auch umgekehrt. Eine Bewegung des anliegenden Blechmaterials relativ zu einem Werkzeugteil, wie dies bspw. in Tiefziehprozessen gegeben ist, ist nicht vorgesehen. In vorteilhafter Weise kann damit auf den Einsatz von Schmierstoff weitgehend verzichtet werden, zudem können Blechmaterialien mit beschichteten, vorbehandelten und/oder einbaufertigen Oberflächen, wie insbesondere lackierten Oberflächen, verwendet werden. Auch ein Niederhalter ist nicht erforderlich, so dass ein Ziehflansch entfällt und Blechmaterial eingespart wird.
  • Gemäß einer bevorzugen Weiterbildung ist vorgesehen, dass zum Ende des Umformens ein Pressvorgang ausgeführt wird, bei dem insbesondere wenigstens eine Konturlinie (des Blechformteils) abschließend ausgebildet bzw. ausgeprägt wird. Hierdurch kann sowohl der Verlauf der Konturlinie als auch deren Biegeradius und/oder der Biegewinkel exakt ausgebildet werden. Dieser Pressvorgang erfolgt bevorzugt im selben Umformwerkzeug und mit hohen Presskräften, die ein Vielfaches der vorausgehenden Umformkräfte betragen.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass wenigstens eine Regelfläche und/oder Freiformfläche des Blechformteils bei einem Pressvorgang zumindest abschnittsweise mit einer steifigkeitserhöhenden Strukturierung versehen wird. Eine solche Strukturierung kann bspw. eine eingeprägte Wabenstruktur oder dergleichen sein.
  • Gemäß einer bevorzugen Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Positionierung der Ausgangsplatine im Umformwerkzeug mittels wenigstens einer Arretiereinrichtung erfolgt. Eine solche Arretiereinrichtung kann bspw. ein einfacher Arretierstift oder Arretierbolzen sein. Alternativ und/oder ergänzend kann auch eine Ansaugeinrichtung im Umformwerkzeug umfasst sein.
  • Gemäß einer bevorzugen Weiterbildung ist vorgesehen, dass Öffnungen im Blechformteil durch vorgelochte Öffnungen in der Ausgangsplatine gebildet werden. Solche Öffnungen können Bohrungen, konturierte Ausnehmungen und dergleichen sein. Ausgehend von deren Position im Blechformteil erfolgt durch die ebene Abwicklung deren Positionierung auf der Ausgangsplatine. Hierdurch kann auf nachfolgende aufwändige Schneidwerkzeuge verzichtet werden.
  • Gemäß einer bevorzugen Weiterbildung ist vorgesehen, dass das abschließende Ausbilden wenigstens einer Konturlinie (des Blechformteils) oder ein Abkanten bzw. Umkanten mittels eines separat bewegbaren Werkzeugteils desselben Umformwerkzeugs erfolgt. In ähnlicher Weise lassen sich auch Hinterschnitte am Blechformteil herstellen. Hierdurch kann die Komplexität des Blechformteils erhöht werden, ohne dass eine weitere Umformstufe erforderlich ist. Das separate Werkzeugteil kann bspw. mittels eines Hilfsstößels oder eines Ziehkissens der Umformpresse betätigt werden.
  • Ein erfindungsgemäßes komplexes Blechformteil ist nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt. Dieses umfasst wenigstens zwei Regelflächen und/oder Freiformflächen, welche durch wenigstens eine Konturlinie zumindest abschnittsweise voneinander abgegrenzt sind, wobei die Regelflächen und/oder Freiformflächen über ihre gesamte Ausdehnung eine verhältnismäßig geringe Formänderung aufweisen und eine Steifigkeit des Blechformteils zu einem wesentlichen Anteil aus der wenigstens einen Konturlinie resultiert.
  • Die Steifigkeit kann bspw. die Gesamtsteifigkeit (bspw. relevant für den Crashfall), die Verwindungssteifigkeit oder die gemittelte Beulsteifigkeit sein. Die Steifigkeit des Blechformteils ergibt sich insbesondere aus den vorherrschenden Spannungen in den Regelflächen und/oder den Freiformflächen, aus einer etwaigen Strukturierung dieser Flächen, aus dem Biegewiderstandsmoment aller Konturlinien, aus der Spannungsverteilung von Blechoberseite zu Blechunterseite insbesondere im Bereich dieser Konturlinien und aus einer Kaltverfestigung entlang dieser Konturlinien. Erfindungsgemäß soll die Steifigkeit des Blechformteils aber zu einem wesentlichen Anteil aus wenigstens einer Konturlinien und bevorzugt aus der Gesamtheit aller Konturlinien resultieren, insofern die Regelflächen und/oder Freiformflächen durch die angrenzenden Konturlinien stabilisiert werden. Im Übrigen verhindert eine Konturlinie insbesondere auch eine elastische Rückstellung einer angrenzenden Freiformfläche.
  • Für das erfindungsgemäße komplexe Blechformteil gelten sinngemäß die oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren angegebenen Vorteile und Weiterbildungsmöglichkeiten.
  • Gemäß einer bevorzugen Weiterbildung ist vorgesehen, dass das erfindungsgemäße komplexe Blechformteil im Bereich wenigstens einer Konturlinie zumindest abschnittsweise eine lokal hohe Formänderung (Vergleichsformänderung) aufweist. Die Formänderung ist bevorzugt so groß, dass eine deutliche Kaltverfestigung im Blechmaterial eintritt, wie bereits oben im Zusammenhang mit dem Begriff der "Konturlinie" erläutert.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    das erfindungsgemäße Verfahren in einer schematischen Übersicht;
    Fig. 2
    das Umformen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in einer schematischen Ansicht;
    Fig. 3
    die beim Umformen nach der Fig. 2 verwendete Ausgangsplatine in einer Draufsicht und das hieraus geformte Blechformteil in einer perspektivischen Ansicht;
    Fig. 4
    das beim Umformen nach den Fig. 2 und 3 verwendete Umformwerkzeug in einer perspektivischer Ansicht; und
    Fig. 5
    einen zusätzlichen Verfahrensschritt beim Umformen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in einer schematischen Ansicht.
  • Fig. 1 zeigt das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines komplexen Blechformteils in einer schematischen Übersicht. Die Abfolge des Verfahrens vollzieht sich gemäß der Darstellung von links unten nach rechts oben, was durch die Pfeile symbolisiert ist.
  • Das Verfahren umfasst zunächst das Bereitstellen einer fertig beschnittenen Ausgangsplatine 10 aus einem Blechmaterial. Die Kontur der Ausgangsplatine 10 entspricht im Wesentlichen einer exakten Abwicklung des herzustellenden Blechformteils. Die Ausgangsplatine 10 umfasst vorgelochte Öffnungen in Form konturierter Ausnehmungen 12 und Bohrungen 14. Die Ausgangsplatine 10 wird in einem Umformwerkzeug 20 mit einem Oberwerkzeug 22 und einem Unterwerkzeug 25 positioniert. Das Umformwerkzeug 20 ist in einer nicht gezeigten Umformpresse eingebaut.
  • Durch Schließen des Umformwerkzeugs 20, d.h. durch ein axiales Bewegen des Oberwerkzeugs 22 in Richtung des Unterwerkzeugs 25 (oder umgekehrt), erfolgt ein Umformen der Ausgangsplatine 10 zu einem Blechformteil 30 derart, dass hierbei Regelflächen und/oder Freiformflächen 32 ausgebildet werden, welche durch wenigstens eine Konturlinie 34 voneinander zumindest abschnittsweise abgegrenzt, eingegrenzt oder begrenzt sind. Eine Konturlinie 34 ist eine räumlich verlaufende Biegelinie oder Biegekante. Bei dem gezeigten Blechformteil 30 handelt es sich beispielhaft um eine Frontklappe eines Kraftfahrzeugs. Die Umformung von der Ausgangsplatine 10 zum Blechformteil 30 erfolgt in nur eine Umformstufe (Hauptumformstufe). Nach dieser Umformung ist kein Beschnitt des Blechformteils 30 erforderlich. Das Blechformteil 30 ist sozusagen einbaufertig, vorbehaltlich etwaiger Reinigungs- und/oder Lackierungsarbeiten oder dergleichen.
  • Das Umformen der Ausgangsplatine 10 zum Blechformteil 30 durch das Umformwerkzeug 20 ist schematisch in den Fig. 2a und 2b gezeigt.
  • Fig. 2a zeigt die zwischen Oberwerkzeug 22 und Unterwerkzeug 25 eingelegte Ausgangsplatine 10. Diese ist in ihren Abmessungen kleiner als die formgebenden Werkzeugkonturen 23 und 26 des Oberwerkzeugs 22 und des Unterwerkzeugs 25. Durch Schließen des Umformwerkzeugs 20 wird die Ausgangsplatine 10 umgeformt. Das Umformen vollzieht sich derart, dass sich das Blechmaterial der Ausgangsplatine 10 sukzessive und/oder abschnittsweise ausgehend von wenigstens einem bspw. höchsten Kontaktpunkt an die geschlossenen formgebenden Werkzeugkonturen 23 und/oder 26 anlegt, wobei im weiteren eine Relativbewegung zwischen dem anliegenden Blechmaterial und dem Umformwerkzeug 20 weitgehend vermieden wird. Hierdurch wird insbesondere eine Ausdünnung bzw. Streckung des Blechmaterials verhindert. Die Ausgangsblechdicke der Ausgangsplatine 10 bleibt über das gesamte Blechformteil 30 erhalten. Somit haben auch die in die Ausgangsplatine 10 eingebrachten Öffnungen 12 und 14 im fertig geformten Blechformteil 30 ihre exakte Position und Geometrie, wie in Fig. 1 angedeutet.
  • Fig. 2b zeigt das geschlossene Umformwerkzeug 20. Die Ausgangsplatine 10 ist hier in der zuvor beschriebenen Art und Weise zu dem Blechformteil 30 umgeformt worden. In dem dargestellten geschlossenen Zustand kann ein Pressvorgang mit hohen Presskräften ausgeführt werden, um wenigstens eine Konturlinie 34 abschließend auszubilden und/oder wenigstens eine Regelfläche und/oder Freiformfläche 32 mit einer stabilisierenden und die Steifigkeit erhöhenden Strukturierung zu versehen. Diese Strukturierung wird durch die formgebenden Werkzeugkonturen 23 und/oder 26 in das Blechformteil 30 eingebracht.
  • Fig. 3a zeigt die Ausgangsplatine 10 in einer Draufsicht, die beim Umformen nach der Fig. 2 verwendet wird. Dargestellt sind hier die sich beim Umformen ausbildenden Konturlinien 34. Fig. 3b zeigt das hergestellte Blechformteil 30 in einer perspektivischen Ansicht mit den Regelflächen und/oder Freiformflächen 32, welche durch die Konturlinien 34 zueinander abgegrenzt sind.
  • Fig. 4a zeigt das Unterwerkzeug 25 des Umformwerkzeugs 20 in einer perspektivischen Ansicht. Dieses umfasst eine geschlossene formgebende Werkzeugkontur 26 und drei Werkzeugführungen 27 für das Oberwerkzeug 22. Dargestellt ist ferner ein auf der Werkzeugkontur 26 aufliegendes fertiggeformtes Blechformteil 30, welches in der oben beschriebenen Art und Weise aus der Ausgangsplatine 10 durch sukzessives und/oder abschnittsweises Anlegen des Blechmaterials an die formgebende Werkzeugkontur 26 hergestellt wurde und das in dem gezeigten Zustand aus dem Umformwerkzeug 20 entnommen werden kann.
  • Fig. 4b zeigt das zur Fig. 4a korrespondierende, gewendete Oberwerkzeug 22 in einer perspektivischen Ansicht. Dieses umfasst eine formgebende Werkzeugkontur 23, die als Negativkontur zur formgebenden Werkzeugkontur 26 des Unterwerkzeugs 25 mit einem Offset ausgebildet ist. Das Anlegen des Blechmaterials an die Werkzeugkontur 26 des Unterwerkzeugs 25 erfolgt mittels der formgebenden Werkzeugkontur 23 im Oberwerkzeug 22 (oder umgekehrt), ohne dass eine Relativbewegung zwischen dem Blechmaterial und den formgebenden Werkzeugkonturen 23 und 26 gegeben ist. Zur Ausbildung der Konturlinien 34 umfassen die formgebenden Werkzeugkonturen 23 und 26 entsprechende Formgebungsabschnitte, die in dem gezeigten Oberwerkzeug 22 schematisch dargestellt und mit dem Bezugszeichen 24 bezeichnet sind und welche das Blechmaterial beim Schließen und insbesondere Zusammenpressen des Umformwerkzeugs 20 gegen korrespondierende Formgebungsabschnitte der formgebenden Werkzeugkontur 26 im Unterwerkzeug 25 pressen (oder umgekehrt), um hierdurch eine Konturlinie 34 exakt auszubilden.
  • Fig. 5 zeigt eine alternative oder ergänzende Möglichkeit zum Ausbilden wenigstens einer Konturlinie. Gleiche Komponenten sind hier mit gleichen Bezugszeichen jedoch mit dem Zusatz "a" bezeichnet. Das Umformwerkzeug 20a umfasst neben dem Oberwerkzeug 22a und dem Unterwerkzeug 25a ein separat und parallel zum Oberwerkzeug 22a bewegbares Werkzeugteil 29a. Zunächst erfolgt eine Ausbildung von Regelflächen und/oder Freiformflächen 32a zwischen den formgebenden Werkzeugkonturen des Oberwerkzeugs 22a und des Unterwerkzeugs 25a. Anschließend erfolgt, bevorzugt während das Oberwerkzeug 22a in seiner gezeigten Endposition verharrt, eine Ausbildung von Konturlinien 34a, indem das Werkzeugteil 29a gemäß der Darstellung nach unten bewegt wird, wobei zunächst ein Abkanten bzw. Abstellen des Blechmaterials nach unten erfolgt. Das separate Werkzeugteil 29a kann von dem Hilfsstößel einer Umformpresse bewegt werden. Alternativ und/oder ergänzend kann ein separates Werkzeugteil auch von unten bewegt werden, bspw. mittels des Ziehkissens der Umformpresse. In gleicher Art und Weise können auch Hinterschneidung am Blechformteil 30a hergestellt werden, bspw. mittels eines seitlich verschiebbaren separaten Werkzeugteils.
    • Bezugszeichenliste
    • 10 (a)
    Ausgangsplatine (Blechmaterial)
    12
    konturierte Ausnehmung
    14
    Bohrung
    20 (a)
    Umformwerkzeug
    22 (a)
    Oberwerkzeug; oberes Werkzeugteil
    23
    formgebende Werkzeugkontur des Oberwerkzeugs
    24
    Formgebungsabschnitt für eine Konturlinie im Oberwerkzeug
    25 (a)
    Unterwerkzeug; unteres Werkzeugteil
    26
    formgebende Werkzeugkontur des Unterwerkzeugs
    27
    Werkzeugführung
    29 (a)
    separat bewegbares Werkzeugteil
    30 (a)
    komplexes, einbaufertiges Blechformteil
    32 (a)
    Regelfläche oder Freiformfläche
    34 (a)
    Konturlinie

Claims (12)

  1. Verfahren zur Herstellung eines komplexen und im Wesentlichen nach der Formgebung einbaufertigen Blechformteils (30) aus einem Blechmaterial, umfassend die folgenden Schritte:
    - Zuschneiden einer ebenen Ausgangsplatine (10), deren Kontur im Wesentlichen einer exakten Abwicklung des einbaufertigen Blechformteils (30) in der Ebene entspricht;
    - Positionieren der Ausgangsplatine (10) in einem Umformwerkzeug (20), das wenigstens zwei axial zueinander bewegbare Werkzeugteile umfasst; und
    - axiales Bewegen dieser Werkzeugteile zueinander, wobei ein Umformen der Ausgangsplatine (10) zu einem einbaufertigen Blechformteil (30) derart erfolgt, dass wenigstens zwei Regelflächen und/oder Freiformflächen (32) ausgebildet werden, welche durch wenigstens eine Konturlinie (34) zumindest abschnittsweise voneinander abgegrenzt sind.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Umformen zwischen einem starren unteren (22) und einem starren oberen (25) Werkzeugteil erfolgt, die in einer Umformpresse angeordnet sind, wobei wenigstens eines dieser Werkzeugteile (22, 25) wenigstens eine geschlossene formgebende Werkzeugkontur (23, 26) aufweist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    beim Umformen entlang einer Konturlinie (34) zumindest abschnittsweise eine Biegung mit einem kleinen Biegeradius erfolgt.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    sich das Blechmaterial beim Umformen sukzessive und/oder abschnittsweise an die geschlossene formgebende Werkzeugkontur (23, 26) wenigstens eines Werkzeugteils (22, 25) anlegt und in der Folge eine Relativbewegung zwischen dem anliegenden Blechmaterial und dem Werkzeugteil (22, 25) weitgehend vermieden wird.
  5. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    zum Ende des Umformens ein Pressvorgang ausgeführt wird, bei dem insbesondere wenigstens eine Konturlinie (34) abschließend ausgebildet wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    wenigstens eine Regelfläche und/oder Freiformfläche (32) beim Pressvorgang zumindest abschnittsweise mit einer steifigkeitserhöhenden Strukturierung versehen wird.
  7. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Positionierung der Ausgangsplatine (10) im Umformwerkzeug (20) mittels wenigstens einer Arretiereinrichtung erfolgt.
  8. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    Öffnungen im Blechformteil durch vorgelochte Öffnungen (12, 14) in der Ausgangsplatine (10) gebildet werden.
  9. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das abschließende Ausbilden wenigstens einer Konturlinie (34a) oder ein Abkanten mittels eines separat bewegbaren Werkzeugteils (29a) desselben Umformwerkzeugs (20a) erfolgt.
  10. Komplexes Blechformteil (30) hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    dieses wenigstens zwei Regelflächen und/oder Freiformflächen (32) umfasst, welche durch wenigstens eine Konturlinie (34) zumindest abschnittsweise voneinander abgegrenzt sind, wobei
    die Regelflächen und/oder Freiformflächen (32) über ihre gesamte Ausdehnung eine verhältnismäßig geringe Formänderung aufweisen und eine Steifigkeit des Blechformteils (30) zu einem wesentlichen Anteil aus der wenigstens einen Konturlinie (34) resultiert.
  11. Komplexes Blechformteil (30) nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    dieses im Bereich wenigstens einer Konturlinie (34) zumindest abschnittsweise eine lokal hohe Formänderung aufweist.
  12. Verwendung eines komplexen Blechformteils (30) gemäß einem der Ansprüche 10 oder 11 als Karosserieteil für ein Kraftfahrzeug.
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