WO2020094486A1 - Verfahren zur herstellung eines räumlich strukturierten bauteils, halbzeug zur erzeugung eines solchen bauteils und bauteil mit einer räumlich strukturierten oberfläche - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines räumlich strukturierten bauteils, halbzeug zur erzeugung eines solchen bauteils und bauteil mit einer räumlich strukturierten oberfläche Download PDF

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WO2020094486A1
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WO
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semi
finished product
bending point
recess
predetermined bending
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PCT/EP2019/079723
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Thomas Ummenhofer
Michael Philipp RZEPECKI
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Karlsruher Institut Für Technologie (Kit)
Ingenieurgesellschaft Peil, Ummenhofer mbH
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    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
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    • B32B3/26—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by a particular shape of the outline of the cross-section of a continuous layer; characterised by a layer with cavities or internal voids ; characterised by an apertured layer
    • B32B3/30—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by a particular shape of the outline of the cross-section of a continuous layer; characterised by a layer with cavities or internal voids ; characterised by an apertured layer characterised by a layer formed with recesses or projections, e.g. hollows, grooves, protuberances, ribs

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a component with a spatially structured surface from a semifinished product, a semifinished product for plastically shaping the same into a component with a spatially structured surface, and such a component.
  • a semi-finished product is to be understood as a semi-finished product which consists of a raw material and which has already been brought into a basic geometric shape.
  • semi-finished products in the sense of the present application are plates, shells and / or discs made of metal, plastic, wood, artificial stones and / or mixtures thereof.
  • a spatially structured surface should be understood to mean a surface which is distinguished from different smooth and unprocessed surfaces by different depths and heights, kinks, dents and / or elevations.
  • Thermoforming or mechanical folding processes is entered in the semi-finished product.
  • Components with such a surface are also partially milled from solid.
  • the necessary forming energy increases sharply, which means that considerable forces are input into the semifinished product, particularly in the case of complex or pronounced geometries of the component.
  • This can be a disadvantage, in particular in the case of semi-finished products made of composite panels, since the multi-layer structure should in principle not be destroyed in order to be able to guarantee the function of the composite panel even after the forming.
  • the main disadvantage of solid material panels is that with increasing thickness, ever larger amounts of energy are required to process the semi-finished product accordingly.
  • the production of the cuts is quite complex and often such cut edges are also undesirable. This is the case, for example, if the spatially structured surface creates targeted visual impressions and at the same time functional tasks, such as tightness or Function of a full-surface cover, a facade part, cabinet element or the like are to be fulfilled. In such cases, it is particularly desirable that the component has a surface that is as uniform as possible and gap-free.
  • Bending parts are produced in the semifinished product, and then the semifinished product is subjected to a surface pressure that is metered in such a way that the pressure plastically deforms the semifinished product along the intended bending parts, so that a component with an overall spatially structured surface is created.
  • the method according to the invention therefore starts with the production of a relatively complex shaped bending parts in the semi-finished product.
  • the predetermined bending parts are generally a local reduction of the bending stiffness of the semi-finished product, e.g. by weakening the thickness, but always along a pattern. This can be a regular and / or irregular pattern.
  • the pattern of the structural weakenings or the predetermined bending parts can consist of any known basic geometries and / or of free geometries. There can be patterns in patterns. It can consist of linear, non-linear, intersecting and / or non-intersecting lines, polylines, splines, circles, etc. logos, fonts, drawings are also possible.
  • the plastic forming work therefore only has to be done to overcome the locally reduced bending stiffness in the predetermined bending parts and no longer to overcome the
  • pressure is generally to be understood as a force per unit area introduced onto the semifinished product during the forming process, which acts on at least one surface of the semifinished product. It is important that this flat application of force creates a pressure drop in the semi-finished product, which leads to forming. Depending on how pronounced the predetermined bending parts are, the pressure required for plastic forming can be correspondingly low.
  • the application of the pressure or the associated reshaping can take place by using any suitable means. For example, a differential pressure device can be used. The pressure applied can also be negative or positive pressure.
  • the forming process does not have to be set up exactly to the geometry of the pattern-shaped predetermined bending point, as is the case, for example, with the deep-drawing process or a pressing process.
  • no special stamp geometries or molded parts have to be produced in order to produce the desired shape of the semi-finished product. Rather, it is the case that the various sub-areas simply form along the pattern-shaped predetermined bending point when appropriately applied forming work.
  • the predetermined bending part does not have to exactly match the partial areas to be produced. Rather, that pattern defines a basic structure along which the partial areas are formed.
  • the spatially structured surface can therefore be seen as the sum of the partial areas that are formed on the basis of the intended bending point.
  • the targeted introduction of a pattern-shaped target bending point is based on the knowledge that the relatively complex structure of the target bending point can be achieved with relatively little effort
  • Forming process can be introduced into the undeformed semi-finished product.
  • the local plastic deformation that occurs along this pattern-shaped predetermined bending point leads to the fact that a spatially stabilized surface is formed in one step, in spite of any cross-sectional weakening. This is also due to the fact that due to the pattern
  • Target bending point forms a larger number of sub-areas during forming. These form a mutually stabilizing, spatial surface structure made up of staggered partial surfaces, which makes up for the original cross-sectional weakening. If care is taken to ensure that the predetermined bending point does not cut or perforate the semi-finished product, a closed surface is still obtained even after the forming.
  • a folding mechanism with a spatially multiply structured surface forms precisely on account of the pattern-shaped predetermined bending point, which brings about a high strength of the component due to the spatial stabilization of the folding mechanism thus generated. This is because it is greater than the strength that would develop with a single fold of a conventional predetermined bending point.
  • the pattern-shaped predetermined bending point is produced by arranging at least one recess in the semi-finished product, which preferably extends from a surface of the semi-finished product in the direction of the interior of the semi-finished product or vice versa.
  • the recess can be made by a recess of any cross-section.
  • a V-shape, a U-shape, a rectangular shape, a semicircle shape, etc. are conceivable.
  • At least one recess is at least partially linear and / or a plurality of recesses are arranged along an imaginary line.
  • the cutouts can therefore be at least partially groove-like. In this way, pattern-shaped predetermined bending points can be produced in a simple manner in the semifinished product.
  • At least one linear recess can be at least partially rectilinear and / or curved, in particular spiral.
  • Line-shaped recesses with a straight course are particularly easy to produce.
  • a plurality of cutouts can be arranged in the semi-finished product along at least one at least straight and / or partially curved line.
  • a pattern-shaped predetermined bending point can also be generated in a simple manner with several recesses that are specifically oriented in this way.
  • At least one recess is advantageously produced in the semifinished product in such a way that its depth and / or width changes at least partially along the pattern of the predetermined bending point.
  • the recess in the edge region of the surface of the semi-finished product can be more or less pronounced than in the central region of the semi-finished product.
  • special individual lines, curves of the recess or a subset of recesses can be more or less pronounced than lines, curves or subsets of recesses at other locations on the semi-finished product.
  • the reduced cross sections of the semi-finished product have correspondingly reduced stiffnesses with a course along the pattern of the predetermined bending point.
  • Structural weakening geometry enables. Critical forming areas can be localized using numerical analyzes, and early failure can be prevented by selecting the appropriate geometry for the recess or the predetermined bending point.
  • the pattern-shaped predetermined bending point can at least partially be designed as a spiral structure.
  • the spiral structure can be angular and / or round. In any case, conical bulged components can be manufactured in a very simple manner.
  • the pattern-shaped predetermined bending point can also be designed at least partially as a network-like structure, preferably with an open-cell and / or closed-cell structure.
  • Network-like structure is generally understood to mean a pattern composed of several lines (even and odd) and / or points.
  • the net-like structure can be created by one or more correspondingly shaped line-shaped recesses or also by several punctiform and / or short line-shaped recesses set along imaginary lines.
  • the areas correspondingly surrounded by the recess or the recesses can be compared with cells or meshes of a network.
  • the surfaces defined in this way ensure that several partial surfaces that are moved and angled towards each other out of the original shape (this can be a flat surface but also a simple shell shape) of the semifinished product form during the forming process.
  • the mesh-like structure of the pattern-shaped predetermined bending point can at least partially have a closed-cell and / or open-line structure.
  • the closed-line structure has the advantage over an open-cell structure that the network structure along the entire circumferential line of the cell is defined by a weakened cross-section. In this way, it is relatively well ensured during the forming process that relatively clearly delimited angles are angled to one another
  • the open-cell structure has the advantage that not too many recesses meet at a node, especially with relatively narrow-meshed patterns. A mixture of both structures combines their advantages.
  • a particularly suitable net-like structure is a polyhedral pattern, which can be made up of triangles, for example, or contain triangles. As a result, any variations of polygons can be present in the pattern. So-called stealth surfaces can be created in the component by using polyhedral patterns.
  • the recess is further developed thermally, mechanically, chemically and / or by a
  • Material application manufactured next to the soli bending point Under thermal production e.g. melting or baking of the recess can be understood.
  • Mechanical production can be understood to mean, for example, a cutting, displacing or similar process.
  • Chemical production, for example by etching, is also conceivable.
  • the cutting processes include processes with a geometrically defined cutting edge, such as turning, drilling, countersinking, milling and broaching, as well as those with a geometrically undetermined cutting edge, such as honing, lapping, blasting and sliding chips.
  • a displacing process is understood to mean, for example, the pressing in of a profile or geometry into a surface of the semi-finished product.
  • the cost-effective application of such methods for processing the semi-finished product is advantageous.
  • the term material application encompasses all processes that apply an additional layer, coating or other objects to the surface that lead to an increase in the bending stiffness at the relevant point - that is, next to the bending point.
  • At least one surface of the semifinished product is advantageously covered with an overlap and / or
  • the pressure can in particular be applied in a variable, uniform and / or alternating manner.
  • a variable pressure is generally understood to mean a time-dependent pressure gradient that occurs during the forming process.
  • the variable pressure can have gradual, uniform and / or sudden pressure changes.
  • the change in pressure can be designed either purely in the overpressure or underpressure range, or alternately from the overpressure to the underpressure range or vice versa.
  • a variable pressure has the advantage that the plastic forming can be controlled or triggered more precisely.
  • a pressure medium is used to apply the pressure.
  • This can be a fluid, a foam, a sand, a plate with an elastic surface and / or the like.
  • the fluid can be compressible, such as a gas, gas mixture, in particular air, or incompressible, such as a liquid, in particular water or an oil, in particular a hydraulic oil.
  • the use of a fluid has the advantage that a locally constant pressure is achieved across the surface of the semi-finished product. The fact that no pressure peaks are formed makes the shaping of the semi-finished product more predictable and gentle on the material.
  • a protective cover is applied to the semi-finished product before pressure is applied to at least one of the first surface and / or the second surface of the semi-finished product.
  • a protective cover is generally to be understood as a layer or layer that makes it possible to avoid, during the forming process, that the printing medium has direct contact with the relevant semi-finished product surface. This can have several advantages. On the one hand, this can ensure that the pressure medium does not escape through any perforations in the semi-finished product during the forming process. On the other hand, wetting or direct contact can generally occur between the printing medium and the semi-finished product surface be avoided.
  • the protective cover is preferably applied after the predetermined bending point has been introduced and before the semi-finished product has been formed.
  • the damping means can be an elastic object that comes into contact with the semifinished product during the entire forming process or only towards the end of the forming process.
  • the damping means can be arranged statically or carried along during the forming process. It is advantageous here that excessive or extensive deformation of the semi-finished product is avoided and the deformation as a whole can be better controlled. This is particularly helpful when the forming takes place with high expansion rates, generated quickly and / or by high amounts of energy.
  • the semi-finished product and / or a printing medium is heated in such a way that the plastic deformation of the semi-finished product is favored.
  • the heating can have a purely material-related influence on the bending stiffness of the semifinished product, which is the case, for example, when a softening temperature is reached, or a reaction-related influence, which means that when the temperature limit is reached, a chemical process takes place that reduces the bending stiffness of the semi-finished product reduced.
  • two layers of the semifinished product are connected to one another in such a way that a pressure sufficient for forming can be introduced between the two semifinished product layers.
  • the plastic deformation occurs in accordance with the predetermined bending point, which is introduced on at least one surface of the multilayer semi-finished product. It is advantageous that, for example, a pillow-like one with little effort
  • the task is solved with a semifinished product for plastic shaping of the same into a component with a spatially structured surface, which has a patterned predetermined bending point with at least one recess.
  • the at least one recess of the pattern-shaped predetermined bending point extends from a surface of the semi-finished product in the direction of the interior of the semi-finished product or vice versa.
  • the predetermined bending point can also have a second recess, which differs from a second
  • the second recess can comprise a single recess or a plurality of recesses.
  • the second recess may also have a pattern, such as a polyhedral pattern.
  • the second recess can be arranged congruently with the first recess in the semi-finished product. This results in cross-sectional weakening that is effective from both sides. Alternatively, it can also be arranged offset be. Additional kinks can be created in the surface of the semi-finished product.
  • the soil bending point also comprises both the first and the second recess in the sense of this further development. It is essential to the invention that the soil bending point provides the basic pattern for the later spatially deformed surfaces of the component.
  • the pattern-shaped soil bending point expediently has at least one recess which is linear and has an at least partially rectilinear and / or curved, in particular spiral, course.
  • the pattern-shaped soil bending point can also have a plurality of cutouts which are arranged along an at least partially rectilinear and / or curved line. Then, several targeted recesses in their entirety form the patterned base bending point.
  • the pattern-shaped soil bending point has at least one recess, the depth and / or width of which changes at least partially along the pattern.
  • the recess in the edge region of the surface of the semi-finished product can be more or less pronounced than in the central region of the semi-finished product.
  • special individual lines, curves of the recess or a subset of recesses can be more or less pronounced than lines, curves or subsets of recesses at other locations on the semi-finished product.
  • the soil bending point has at least one recess designed as a perforation.
  • the perforation can be continuous or only partially continuous.
  • the perforation can be introduced either along a specific crease or a corner of a polyhedron.
  • the perforation can be introduced both vertically and inclined with respect to the shark surface. If the perforation is not continuous, it can be present from one surface as well as from both surfaces of the semi-finished product. It is always advantageous that the perforation as part of the soil bending point represents a weakening of the bending stiffness that is particularly easy to introduce.
  • a cross section of the cutout can be designed such that when the semifinished product at the cutout reaches a defined forming angle a, the further shaping of the semifinished product is inhibited by the fact that a contact contact is formed in the cross section of the cutout.
  • a touch contact can be understood, for example, as a stop on two flanks of the recess.
  • this can be done in that the recess has a U-shaped or V-shaped cross section, which is designed accordingly. This has the advantage that not only the beginning of the forming is caused by the recess, but also the end of the forming is predetermined by the recess.
  • the semifinished product expediently has a thermally, chemically and / or mechanically activatable plastic.
  • activatable plastic is meant a plastic that plastically deforms due to thermal, chemical and / or mechanical influence. So it can e.g. act as a thermoplastic.
  • reactive plastic has the advantage that the bending stiffness of the predetermined bending point can be at least temporarily reduced or increased by a targeted chemical reaction.
  • the semifinished product has a composite material which has at least one outer layer and one core layer, the pattern-shaped predetermined bending point being arranged in at least one of the layers.
  • a suitable composite material can be a
  • outer layer and / or a core layer made of metal, ceramic, glass, stone (natural stone and / or being artificial), plastic and / or wood or mixtures thereof.
  • a well-known and well-suited composite material has, for example, two outer layers made of aluminum and one
  • Core layer made of a polymer plastic, a well-known trade name for it is Alucobond.
  • Composite materials generally have the advantage that different material properties can be bundled. For example, they can have high bending stiffness, high flatness and weather resistance in the outer layer with a light overall weight due to a light core layer.
  • the first and / or second recess of the predetermined bending point penetrates one
  • Outer layer at least partially. This is an advantage, especially in the case of a particularly rigid material in the outer layer, since this makes the forming considerably easier.
  • the semifinished product has two interconnected semifinished layers, at least one of the semifinished layers having a predetermined bending point.
  • a suitable means for applying the pressure is arranged on at least one semifinished layer. This can be a fluid filler neck for the supply of the pressure medium.
  • the pressure medium can be released from the multi-layer semi-finished product.
  • the pressure medium can be air, for example, which is temporarily pressed into the empty space between the semi-finished products or sucked out to such a degree that a pressure sufficient for plastic deformation is generated.
  • the pattern-shaped predetermined bending point can be formed entirely or partially on at least one of the surfaces of a semi-finished layer.
  • the two layers of semi-finished products can be connected by a frame-like web running around the edge, so that a defined starting distance is established between the two layers.
  • a deformed structure (convex, concave, mixed convex-concave) can then be produced by overpressure or underpressure or alternating overpressure or underpressure. To the overpressure
  • a valve can be arranged in the frame-like web.
  • a semifinished product can also be deformed which has an internal cavity even in the initial state. At least one spacer can also be introduced into such a cavity. If a suppressor is then generated, the respective spacer presses into the semifinished product and in this way produces an additional deformation effect in that the spacer limits the deformation at that point.
  • the patterned soli bending points can be located on all main surfaces of the two layers of semi-finished products. Nevertheless, any combination of surfaces on which a pattern-shaped predetermined bending point is formed is conceivable. In a preferred development, the pattern-shaped predetermined bending point is formed on both layers of semi-finished product facing inwards. This has the advantage that the patterned soli bending points are not visible from the outside.
  • FIG. 1 is an overall perspective view of a semifinished product according to the invention.
  • FIGS. 2a to 2d show four cross-sectional views of different semi-finished products according to the invention in accordance with a second to fifth exemplary embodiment
  • FIG. 3a shows a semifinished product according to a sixth exemplary embodiment in a state prior to plastic forming into a component according to the invention
  • 3b shows a semifinished product according to the sixth exemplary embodiment in a state after plastic shaping to form a component according to the invention
  • Fig. 5 shows a detail of a plan view of a means of the invention
  • Fig. 6 is a plan view of a semifinished product according to the invention with a
  • Fig. 7 shows a cross section through one of two semifinished layers according to the invention
  • Fig. 8 shows a cross section through one of two over a frame-like web
  • the semi-finished product 1 shown in FIG. 1 is in the present case a flat, flat, rectangular plate (for example made of metal) which has a first surface 2 pointing upwards and a second surface 3 pointing downwards.
  • a predetermined bending parts 4 is now formed on the surface 2 of the semifinished product 1 in the form of a network-like structure in plan view.
  • this net-like predetermined bending parts consists of several interconnected, linear cutouts 5, all of which extend from the first surface 2 in the direction of the second surface 3 of the semi-finished product 1.
  • Each recess 5 causes a local reduction in the bending stiffness of the semifinished product 1, so that when the
  • the mesh-like predetermined bending parts 4 has a polyhedral pattern in the top view of the plate-shaped semifinished product 1 (in the present case it is made up of several triangles), the reshaping will also result in a correspondingly spatially structured surface in the manner of a polyhedral structured spatial pattern. This will therefore consist of a multitude of polyhedron surfaces that are also angled in spatial dimension.
  • the semifinished product 1 like the first exemplary embodiment shown in FIG. 1, is a flat plate, into which a plurality of first cutouts 5 are made on the first surface 2 that are shown here schematically as U-shaped recesses.
  • the recesses 5 can also have very different cross-sectional shapes, since the result of the reshaping can also be controlled via the cross-sectional shape of the recess 5.
  • the cutouts 5 each extend approximately up to half the thickness of the semifinished product 1, the depth also being chosen only as an example.
  • the recesses 5 can be designed as a series of bores that follow an imaginary line. However, it is also conceivable that, as in the exemplary embodiment shown in FIG. 1, they extend linearly over the surface 2 of the semifinished product 1.
  • FIG. 2b illustrates a third exemplary embodiment of a semifinished product 1, in which the predetermined bending point 4 has a first recess 5 and a second recess 6.
  • the first recess 5 extends from the first surface 2 in the direction of the second surface 3 and the second recess 6 extends from the second surface 3 in the direction of the first surface 2.
  • only one recess 5 or 6, wherein further recesses 5, 6 can of course also be present in further areas.
  • the recesses 5, 6 of the predetermined bending point 4 are of essentially identical design and each extend about a third into the semifinished product 1.
  • the predetermined bending point 4 thus has two recesses 5, 6 which are U-shaped in cross section and which form a net-like structure in the plan view of the semifinished product 1.
  • the constriction along the predetermined bending point 4 leads to a reduced bending stiffness of the semifinished product 1 in this area.
  • the cutouts 5, 6 on both sides are arranged here as an example congruent one above the other in the semifinished product 1. However, it is also conceivable to move the recess 5 in a targeted manner relative to the recess 6.
  • FIG. 2c A fourth exemplary embodiment of a semifinished product 1 with a net-like predetermined bending point 4 is illustrated in FIG. 2c.
  • Semi-finished product 1 has a perforation 7, which extends from the first surface 2 to the second surface 3 of the semi-finished product as an example through hole.
  • the perforation 7 likewise brings about a local reduction in the bending stiffness, as a result of which the semifinished product 1 adheres to the relevant one
  • the predetermined bending point is first plastically deformed when sufficient pressure is applied to the first surface 2 or the second surface 3 of the semifinished product 1.
  • the semi-finished product 1 consists of a
  • FIG. 3a illustrates a fifth exemplary embodiment of the semifinished product 1 according to the invention in the state before the plastic deformation of the semifinished product 1, while FIG. 3b shows the state after the plastic deformation and thus the finished component 10. Basically, this is similar
  • Differential pressure device 13 positioned.
  • the differential pressure device 13 has a left pressure chamber 13a and a right pressure chamber 13b.
  • the semifinished product 1 corresponds to that from FIG. 1 and has the same predetermined bending point 4 designed as a polyhedral pattern.
  • the actual application of pressure to the semifinished product 1 takes place inside the differential pressure device 13 after the semifinished product 1 has been clamped between the left and right pressure chambers 13a and 13b of the differential pressure device 13.
  • the pressure chambers 13a and 13b are designed so that in the closed state they are one spatial
  • the semi-finished product 1 is thus clamped between the left pressure chamber 13a and the right pressure chamber 13b of the differential pressure device 13 and in the right pressure chamber 13b with a suitable pressure medium 14, such as compressed air, water, oil, etc., acted upon.
  • a suitable pressure medium 14 such as compressed air, water, oil, etc.
  • the application of a pressure medium 14 takes place in such a way that a differential pressure forms between the right pressure chamber 13a and the left pressure chamber 13b of the differential pressure device 13 which is so great that the introduced semi-finished product 1 along its predetermined bending point 4 in the left part 13a of the differential pressure device 13 plastically formed into it.
  • the completed plastic forming of the semifinished product 1 to the component 10 is shown in Fig. 4c. From Fig.
  • a protective cover 9 was introduced between the right pressure chamber 13b and the semifinished product 1 or the finished component 10, which prevented direct contact of the pressure medium 14 with the semifinished product 1 during the manufacturing process.
  • the arrangement of this protective cover 9 is not always necessary, but makes particular sense if e.g. An undesirable effect of the pressure medium 14 on the semi-finished product 1 is to be feared.
  • FIG. 5 illustrates the spatially structured surface produced in this way in the finished component 10.
  • the net-like predetermined bending point 4 made from a plurality of linear recesses 5 now forms the edges of spatially angled polyhedra (here triangular surfaces).
  • the polyhedra thus emerge from the plane or shape of the original Semifinished product 1 spatially and form a spatially structured surface, which in the present case consists, for example, of individual angled triangular surfaces.
  • Fig. 6 shows an embodiment of a semi-finished product 1 according to the invention with a pattern-shaped predetermined bending point 4, the recesses 5 of which sometimes have two to three different depths. These different depths are indicated in FIG. 6 by lines of different thicknesses. It is conceivable that a recess 5 initially has a depth of approximately one third of the thickness of the
  • Semi-finished product 1 has. This initial depth of the recess 5 then increases in the course of the recess towards a node which is arranged centrally in the semifinished product and in which there are several linear ones
  • the depth then increases to two thirds of the thickness of the semifinished product 1, indicated by the thickest line in FIG. 6.
  • the areas with the greatest depth of the recess 5 will buckle accordingly earlier than the areas with a smaller recess depth.
  • the variable depth of the cutouts allows the design scope to be increased considerably, as already explained above.
  • FIG. 7 shows a section through a further exemplary embodiment of a finished component 10.
  • Semi-finished layers 1a and 1 b has been produced. On the basis of the sectional view, only a first recess 5 per semi-finished layer 1a and 1b can be seen here, although the two predetermined bending lines 4 of the two semi-finished layers 1a and 1b naturally have a pattern-like structure in the area of the semi-finished layers 1a and 1b.
  • the forming itself is done by creating pressure between the two in the
  • the two semifinished layers 1 a and 1 b can also be connected by a frame-like web 15 at their outer edges.
  • the predetermined bending points 4 of the two semi-finished layers 1a and 1b, as shown here, cannot be arranged congruently one above the other in the semi-finished layers 1a or 1b.
  • FIGS. 9a to 9c using three different examples, depending on how the pressure is applied between the two semi-finished layers 1a and 1b, very different deformations can occur in the semi-finished products 1a and 1b.
  • a uniform overpressure between the two layers of semifinished products 1a and 1b allows a component 10 to be convexly curved outwards, as is indicated in FIG. 9a by the dashed line. If a suppression is introduced between the two semifinished layers 1a and 1b, the deformation pattern shown in FIG. 9b can result.
  • indentations and bulges in the semi-finished layers 1a and 1b can alternate along the pattern-shaped predetermined bending points 4 and their

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils (10) mit einer räumlich strukturierten Oberfläche aus einem Halbzeug (1), ein dafür benötigtes Halbzeug (1) und ein solchermaßen hergestelltes Bauteil (10). Dabei ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass eine musterförmige Sollbiegestelle (4) im Halbzeug (1) erzeugt wird, und dass danach das Halbzeug (1) flächig mit einem Druck beaufschlagt wird, der so dosiert ist, dass der Druck eine plastische Umformung des Halbzeugs (1) entlang der Sollbiegestelle (4) bewirkt, sodass ein Bauteil (10) mit einer räumlich strukturierten Oberfläche entsteht.

Description

Verfahren zur Herstellung eines räumlich strukturierten Bauteils, Halbzeug zur Erzeugung eines solchen Bauteils und
Bauteil mit einer räumlich strukturierten Oberfläche
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mit einer räumlich strukturierten Oberfläche aus einem Halbzeug, ein Halbzeug zum plastischen Umformen desselben zu einem Bauteil mit einer räumlich strukturierten Oberfläche und ein solches Bauteil.
Unter Halbzeug soll vorliegend ein Halbfabrikat verstanden werden, das aus einem Rohmaterial besteht und welches bereits in eine grundlegende geometrische Form gebracht wurde. Insbesondere handelt es sich bei Halbzeug im Sinne der vorliegenden Anmeldung um Platten, Schalen und/oder Scheiben aus Metall, Kunststoff, Holz, künstlichen Steinen und/oder Mischungen daraus.
Unter einer räumlich strukturierten Oberfläche soll eine Oberfläche verstanden werden, die sich gegenüber einer glatten unbearbeiteten Oberfläche durch verschiedene Tiefen und Höhen, Knicke, Beulen und/oder Erhebungen auszeichnet.
Um aus einem Halbzeug Bauteile mit einer räumlich strukturierten Oberfläche herzustellen, muss in der Regel eine entsprechende Umformarbeit geleistet werden, die üblicherweise mittels
Tiefziehverfahren oder mechanischer Falzprozesse in das Halbzeug eingetragen wird. Auch werden Bauteile mit derartiger Oberfläche zum Teil aus dem Vollen gefräst. Mit zunehmender räumlicher Struktur nimmt allerdings die notwendige Umformenergie stark zu, was dazu führt, dass gerade bei komplexen bzw. ausgeprägten Geometrien des Bauteils erhebliche Kräfte in das Halbzeug eingetragen werden. Dies kann insbesondere bei Halbzeugen aus Verbundwerkstoffplatten von Nachteil sein, da hier der mehrschichtige Aufbau grundsätzlich nicht zerstört werden soll, um die Funktion der Verbundwerkstoffplatte auch nach dem Umformen gewährleisten zu können. Bei Vollmaterialplatten ist der wesentliche Nachteil der, dass mit zunehmender Dicke immer größere Energiemengen notwendig sind, um das Halbzeug entsprechend zu verarbeiten.
Um diesem Problem entgegenzutreten, werden im Stand der Technik üblicherweise mehrere separate Halbzeugteile zu einem Gesamtbauteil zusammengesetzt. Gelegentlich werden auch Schnitte in das Halbzeug eingebracht, um einen Kraftfluss im Werkstoff des Halbzeugs zu unterbrechen. In beiden Fällen wird der Ansatz verfolgt, Kraftflüsse im Halbzeug mittels Schnittkanten zu unterbrechen.
In vielen Fällen ist die Herstellung der Schnitte recht aufwendig und oft sind derartige Schnittkanten auch unerwünscht. Dies ist beispielweise der Fall, wenn mit der räumlich strukturierten Oberfläche gezielte optische Eindrücke erweckt und gleichzeitig funktionale Aufgaben, etwa die Dichtheit oder Funktion einer vollflächigen Abdeckung, eines Fassadenteils, Schrankelements oder dergleichen erfüllt werden sollen. In solchen Fällen ist besonders wünschenswert, dass das Bauteil eine möglichst einheitliche, spaltfreie Oberfläche hat.
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der Erfindung ein erheblich vereinfachtes Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mit einer räumlich strukturierten Oberfläche und ein Halbzeug zum plastischen Umformen desselben zu einem Bauteil mit einer räumlich strukturierten Oberfläche aufzuzeigen.
Die Lösung der Aufgabe gelingt mit dem Verfahren gemäß Anspruch 1 und dem Halbzeug gemäß Anspruch 16 sowie dem Bauteil gemäß Anspruch 32. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen beschrieben.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich also dadurch aus, dass eine musterförmige
Sollbiegesteile im Halbzeug erzeugt wird, und dass danach das Halbzeug flächig mit einem Druck beaufschlagt wird, der so dosiert ist, dass der Druck eine plastische Umformung des Halbzeugs entlang der Sollbiegesteile bewirkt, sodass ein Bauteil mit einer insgesamt räumlich strukturierten Oberfläche entsteht.
Das erfindungsgemäße Verfahren setzt also zunächst an der Erzeugung einer relativ komplex geformten Sollbiegesteile im Halbzeug an. Es handelt sich bei der Sollbiegesteile ganz allgemein um eine auf beliebige Weise erzeugte lokale Reduktion der Biegesteifigkeit des Halbzeuges, z.B. durch Schwächung der Dicke, aber eben immer entlang eines Musters. Dabei kann es sich um ein regelmäßiges und/oder unregelmäßiges Muster handeln. Das Muster der Strukturschwächungen bzw. der Sollbiegesteile kann aus beliebigen bekannten Grundgeometrien und/oder aus freien Geometrien bestehen. Es können Muster in Mustern sein. Es kann aus linearen, nichtlinearen, aus sich kreuzenden und/oder nicht kreuzenden Linien, Polylinien, Splines, Kreisen, etc. bestehen. Logos, Schriften, Zeichnungen sind ebenfalls möglich.
Wichtig ist vor allem, dass eine gegenüber einer einfachen, z.B. linienförmigen Form eine komplexer gestaltete Form der Sollbiegesteile erzeugt wird, entlang derer sich dann in einem folgenden, dafür aber umso schneller durchführbaren Verfahrensschritt der Druckaufbringung bzw. Umformung eine relativ großflächige plastische Verformung einstellt. So lässt sich die räumlich strukturierte Oberfläche sehr einfach und schnell herstellen.
Die plastische Umformarbeit muss demnach nur noch zur Überwindung der lokal herabgesetzten Biegesteifigkeit in der Sollbiegesteile geleistet werden und nicht mehr zur Überwindung der
Biegesteifigkeit des ursprünglichen Halbzeugs ohne Sollbiegesteile. Dadurch können erheblich einfachere und energieärmere Umformverfahren herangezogen werden. Unter Druck ist in diesem Zusammenhang allgemein eine während der Umformung flächig auf das Halbzeug eingebrachte Kraft pro Flächeneinheit zu verstehen, die an zumindest einer Oberfläche des Halbzeugs angreift. Wichtig ist, dass sich durch diese flächige Kraftaufbringung ein Druckgefälle im Halbzeug einstellt, das zur Umformung führt. Je nachdem wie ausgeprägt die Sollbiegesteilen ausgebildet sind, kann der für die plastische Umformung notwendige Druck entsprechend niedrig sein. Die Aufbringung des Drucks bzw. die damit einhergehende Umformung kann durch Verwendung beliebiger, geeigneter Mittel erfolgen. So kann beispielsweise eine D ifferenzd ruckvorrichtu ng verwendet werden. Auch kann es sich beim aufgebrachten Druck um einen Unter- oder Überdruck handeln.
Vorteilhaft ist dabei insbesondere, dass das Umformverfahren nicht exakt auf die Geometrie der musterförmigen Sollbiegestelle eingerichtet werden muss, wie dies etwa beim Tiefziehverfahren oder einem Pressverfahren der Fall ist. Es müssen insbesondere keine speziellen Stempelgeometrien oder Formteile hergestellt werden, um die gewünschte Form des Halbzeugs herzustellen. Vielmehr verhält es sich so, dass sich die verschiedenen Teilflächen bei entsprechend aufgebrachter Umformarbeit einfach entlang des musterförmigen Sollbiegestelle ausbiiden. Die Form des Musters der
Sollbiegestelie muss dabei nicht exakt mit den herzustellenden Teilflächen übereinstimmen. Vielmehr wird durch jenes Muster eine Grundstruktur vorgegeben, entlang derer sich die Teilflächen ausbilden. Die räumlich strukturierte Oberfläche ist demnach als die Summe der Teilflächen anzusehen, die sich auf Basis der eingebrachten Sollbiegestelle ausbilden.
Das gezielte Einbringen einer musterförmigen Sollbiegestelle beruht auf der Erkenntnis, dass die relativ komplexe Struktur der Sollbiegestelle mit verhältnismäßig wenig Aufwand vor dem
Umform prozess in das unverformte Halbzeug eingebracht werden kann. Zugleich führt das sich entlang dieser musterförmigen Sollbiegestelle einstellende örtliche plastische Verformen dazu, dass sich quasi in einem Schritt eine räumlich stabilisierte Oberfläche bildet und dies trotz etwaiger Querschnittsschwächungen. Dies liegt auch daran, dass sich aufgrund der musterförmigen
Sollbiegestelle beim Umformen eine größere Anzahl an Teilflächen bildet. Diese bilden eine die ursprüngliche Querschnittsschwächung wieder wettmachende, sich gegenseitig stabilisierende, räumliche Oberflächenstruktur aus versetzt zueinander angeordneten Teilflächen. Wenn dabei darauf geachtet wird, dass die Sollbiegestelle das Halbzeug nicht durchtrennt bzw. perforiert, ergibt sich dann sogar auch nach der Umformung noch immer eine geschlossene Oberfläche.
Anders ausgedrückt bildet sich gerade aufgrund der musterförmigen Sollbiegestelle beim Umformen ein Faltwerk mit einer räumlich mehrfach strukturierten Oberfläche, das eine aufgrund der so erzeugten räumlichen Stabilisierung des Faltwerkes eine hohe Festigkeit des Bauteils mit sich bringt. Diese ist nämlich größer, als die Festigkeit, die sich mit nur einem einzelnen Knickfalz einer herkömmlichen Sollbiegestelle ausbilden würde. Weiterbildend wird die musterförmige Sollbiegestelle dadurch erzeugt, dass im Halbzeug wenigstens eine Aussparung angeordnet wird, die sich vorzugsweise von einer Oberfläche des Halbzeugs in Richtung des inneren des Halbzeugs oder umgekehrt erstreckt. Die Aussparung kann durch eine im Querschnitt beliebig ausgestaltete Ausnehmung erfolgen. So ist etwa eine V-Form, eine U-Form, ein Rechteck-Form, eine Halbkreis-Form, etc. denkbar.
Dabei ist es von besonderem Vorteil, wenn wenigstens eine Aussparung zumindest teilweise linienförmig ausgebildet wird und/oder mehrere Aussparungen entlang einer gedachten Linie angeordnet werden. Die Aussparungen können also zumindest teilweise rillenartig sein. So können auf einfache Weise musterförmige Sollbiegestellen im Halbzeug erzeugt werden.
Dabei kann wenigstens eine linienförmige Aussparung zumindest teilweise geradlinig und/oder gekrümmt, insbesondere spiralförmig, ausgeführt werden. Linienförmige Aussparungen mit geraden Verlauf lassen sich besonders einfach herstellen.
Auch ist es denkbar, dass mehrere Aussparungen entlang wenigstens einer zumindest geraden und/oder teilweise gekrümmten Linie im Halb-zeug angeordnet werden. So kann mit mehreren derart gezielt ausgerichteten Ausnehmungen ebenfalls eine musterförmige Sollbiegestelle auf einfache Art erzeugt werden.
Vorteilhafterweise wird wenigstens eine Aussparung so im Halbzeug erzeugt, dass sich deren Tiefe und/oder oder Breite entlang des Musters der Sollbiegestelle zumindest teilweise ändert.
Beispielsweise kann die Aussparung im Randbereich der Oberfläche des Halbzeugs stärker oder schwächer ausgeprägt sein als im mittleren Bereich des Halbzeugs. Alternativ und/oder zusätzlich können spezielle einzelne Linien, Kurven der Aussparung oder eine Teilmenge von Aussparungen stärker oder schwächer ausgeprägt sein als Linien, Kurven oder Teilmengen von Aussparungen an anderen Orten auf dem Halbzeug. Dies hat den Vorteil, dass so die spätere Kontur des Bauteils mit einer räumlich strukturierten Oberfläche noch präziser vorgegeben werden kann, da das Ausmaß der Umformung mit der Intensität, in der die Aussparung ausgebildet ist, korreliert.
Durch die auf diese Weise eingebrachten Strukturschwächungen mit unterschiedlichen Tiefen und/oder Breiten besitzen die reduzierten Querschnitte des Halbzeugs entsprechend verminderte Steifigkeiten mit einem Verlauf entlang des Musters der Sollbiegestelle. Im anschließenden
Umformvorgang sind entsprechend verschiedene Widerstände im Muster der Sollbiegestelle vorhanden, die zum "Ausknicken" entlang der Schwächungen zu überwinden sind. Je nach
Restquerschnitt ist also ein anderer definierter kritischer Umformdruck erforderlich. Bereiche mit einem kleinen Restquerschnitt werden frühzeitig bei geringen Umformdrücken ausknicken, Bereiche mit einem größeren Restquerschnitt erst bei größeren Umformdrücken. Somit kann der Ablauf des Umformvorgangs bzw. das Einstellen der Umformgeometrie durch eine gezielte Anordnung aber eben auch durch die Formgebung der Strukturschwächungen in Abhängigkeit des Restquerschnittes gesteuert werden. Dadurch wird der Gestaltungsspielraum enorm vergrößert, die Reproduzierbarkeit der Formen sichergestellt und sanfte Ü bergangsbereiche werden innerhalb der
Strukturschwächungsgeometrie ermöglicht. Kritische Umform bereiche können durch numerischer Analysen lokalisiert und ein frühzeitiges Versagen kann durch entsprechende Wahl der Geometrien der Ausnehmung bzw. der Sollbiegestelle verhindert werden.
Die musterförmige Sollbiegestelle kann dabei zumindest teilweise als spiralförmige Struktur ausgeführt sein. Die spiralförmige Struktur kann dabei eckig und/oder rund sein. In jedem Fall lassen sich so auf sehr einfache Weise kegelförmig ausgebauchte Bauteile herstelien.
Auch kann die musterförmige Sollbiegestelle zumindest teilweise als netzartige Struktur ausgeführt werden, vorzugsweise mit einer offenzelligen und/oder geschlossenzelligen Struktur. Unter netzartiger Struktur ist ganz allgemein ein aus mehreren Linien (geraden wie ungeraden) und/oder Punkten zusammengesetztes Muster verstehen. So kann die netzartige Struktur durch eine oder mehrere entsprechend geformte linienförmige Aussparungen oder auch durch mehrere entlang gedachter Linien gesetzter punktueller und/oder kurzer linienförmiger Aussparungen erzeugt werden. Die von der Aussparung bzw. den Aussparungen entsprechend umrandete Flächen können mit Zellen oder Maschen eines Netzes verglichen werden. Die so definierten Flächen sorgen bei der Umformung dafür, dass sich mehrere zueinander aus der Ursprungsform (das kann eine ebene Fläche aber auch eine einfache Schalenform sein) des Halbzeuges heraus bewegte und zueinander angewinkelte Teilflächen bilden.
Dabei kann die netzartige Struktur der musterförmigen Sollbiegestelle zumindest teilweise eine geschlossenzellige und/oder offenzeilige Struktur aufweisen. Die geschlossenzeilige Struktur hat gegenüber einer offenzelligen Struktur den Vorteil, dass die Netzstruktur entlang der kompletten Umfangslinie der Zelle durch einen geschwächten Querschnitt definiert ist. So ist bei der Umformung relativ gut sichergestellt, dass sich verhältnismäßig klar begrenzte zueinander angewinkelte
Teilflächen bilden. Die offenzellige Struktur hat den Vorteil, dass sich gerade bei relativ engmaschigen Mustern nicht zu viele Ausnehmung in einem Knotenpunkt treffen. Eine Mischung beider Strukturen kombiniert deren Vorteile.
Eine besonders gut geeignete netzartige Struktur ist ein polyedrisches Muster, das zum Beispiel aus Dreiecken aufgebaut sein oder Dreiecke enthalten kann. Mithin können beliebige Variationen von Vielecken im Muster vorhanden sein. Durch Verwendung von polyedrischen Mustern können sogenannte Stealth-Oberflächen im Bauteil erzeugt werden. Weiterbildend wird die Aussparung thermisch, mechanisch, chemisch und/oder durch eine
Materiaiauftragung neben der Solibiegestelle hergestelit. Unter der thermischen Herstellung kann z.B. ein Einschmelzen oder Einbrennen der Aussparung verstanden werden. Unter der mechanischen Herstellung kann zum Beispiel ein spanendes, verdrängendes oder ähnliches Verfahren verstanden werden. Auch eine chemische Herstellung beispielsweise durch Ätzen ist denkbar. Die spanenden Verfahren umfassen sowohl Verfahren mit geometrisch bestimmter Schneide wie etwa Drehen, Bohren, Senken, Fräsen und Räumen als auch solche mit geometrisch unbestimmter Schneide wie etwa Schleifen Honen, Läppen, Strahlspanen und Gleitspanen. Unter einem verdrängenden Verfahren wird beispielsweise das Einpressen eines Profils oder Geometrie in eine Oberfläche des Halbzeugs verstanden. Vorteilhaft ist dabei die kostengünstige Anwendung solcher Verfahren zur Bearbeitung des Halbzeugs. Der Begriff Materialauftragung umfasst sämtliche Verfahren, die eine zusätzliche Schicht, Beschichtung oder andere Gegenstände auf die Oberfläche aufbringen, die dazu führen, dass sich die Biegesteifigkeit an der betreffenden Stelle - also neben der Biegestelle - erhöht.
Vorteilhafterweise wird zumindest eine Oberfläche des Halbzeugs mit einem Über- und/oder
Unterdrück beaufschlagt. Dabei kann der Druck insbesondere veränderlich, gleichförmig und/oder alternierend aufgebracht werden. Unter einem veränderlichen Druck ist allgemein ein zeitabhängiger Druckgradient zu verstehen, der sich während des Umformens einstellt. Insbesondere kann der veränderliche Druck allmähliche, gleichförmige und/oder schlagartige Druckveränderungen aufweisen. Die Druckänderung kann dabei entweder rein im Über- oder Unterdruckbereich, oder vom Über- in den Unterdruckbereich oder umgekehrt wechselnd ausgebildet sein. Ein veränderlicher Druck hat den Vorteil, dass die plastische Umformung präziser gesteuert oder ausgelöst werden kann.
Weiterbildend wird zum Aufbringen des Drucks ein Druckmedium verwendet. Dieses kann ein Fluid, ein Schaum, ein Sand, eine Platte mit elastischer Oberfläche und/oder ähnliches sein. Das Fluid kann kompressibel, wie etwa ein Gas, Gasgemisch, insbesondere Luft, oder inkompressibel, wie etwa eine Flüssigkeit, insbesondere Wasser oder ein Öl, insbesondere ein Hydrauliköl, sein. Die Verwendung eines Fluids, hat den Vorteil, dass ein über die Oberfläche des Halbzeugs hinweg örtlich konstanter Druck erzielt wird. Dadurch, dass keine Druckspitzen ausgebildet werden, verläuft die Umformung des Halbzeugs vorhersehbarer und materialschonender.
Es kann zweckmäßig sein, dass vor dem Beaufschlagen des Halbzeugs mit Druck auf zumindest einer der ersten Oberfläche und/oder der zweiten Oberfläche des Halbzeugs eine schützende Abdeckung aufgebracht wird. Unter einer schützenden Abdeckung ist ganz allgemein eine Schicht oder Lage zu verstehen, die es ermöglicht, während des Umformverfahrens zu vermeiden, dass das Druckmedium direkten Kontakt mit der betreffenden Halbzeugoberfläche hat. Dies kann mehrere Vorteile haben. Zum einen kann dadurch gewährleistet werden, dass das Druckmedium während des Umformens nicht durch etwaig vorhandene Perforationen im Halbzeug austritt. Zum anderen kann eine Benetzung oder ein direkter Kontakt allgemein von Druckmedium und Halbzeug-oberfläche vermieden werden. Die schützende Abdeckung wird dabei vorzugsweise nach Einbringen der Sollbiegestelle und vor dem Umformen des Halbzeugs aufgebracht.
Es kann zweckmäßig sein, dass das Halbzeug gegen ein Dämpfungsmittel umgeformt wird. Das Dämpfungsmittel kann ein elastischer Gegenstand sein, der während der gesamten Umformung oder auch nur gegen Ende der Umformung mit dem Halbzeug in Kontakt kommt. Das Dämpfungsmittel kann statisch angeordnet oder während der Umformung mitgeführt werden. Vorteilhaft ist dabei, dass eine stellenweise oder großflächige übermäßige Umformung des Halbzeugs vermieden und die Umformung insgesamt besser kontrolliert werden kann. Dies ist insbesondere dann hilfreich, wenn die Umformung mit hohen Dehnraten, schnell und/oder durch hohe Energiemengen erzeugt, abläuft.
In einer bevorzugten Weiterbildung wird das Halbzeug und/oder ein Druckmedium so erwärmt, dass die plastische Umformung des Halbzeugs begünstigt wird. Die Erwärmung kann dabei einen rein Werkstoff-bezogenen Einfluss auf die Biegesteifigkeit des Halbzeugs haben, was zum Beispiel beim Erreichen einer Erweichungstemperatur der Fall ist, oder aber einen reaktionsbezogenen Einfluss, was bedeutet, dass bei Erreichen der Temperaturgrenze ein chemischer Prozess abläuft, der die Biegesteifigkeit des Halbzeugs verringert.
Weiterbildend werden zwei Lagen des Halbzeugs zur Herstellung des Bauteils miteinander so verbunden, dass ein zur Umformung ausreichender Druck zwischen den beiden Halbzeuglagen eingebracht werden kann. Die plastische Verformung stellt sich in diesem Fall entsprechend der Sollbiegestelle ein, die auf zumindest einer Oberfläche des mehrlagigen Halbzeugs eingebracht ist. Vorteilhaft ist dabei, dass so mit geringem Aufwand zum Beispiel eine kissenartige
Oberflächenstruktur hergestellt werden kann.
Vorrichtungsseitig gelingt die Lösung der Aufgabenstellung mit einem Halbzeug zum plastischen Umformen desselben zu einem Bauteil mit einer räumlich strukturierten Oberfläche, das eine musterförmige Sollbiegestelle mit wenigstens einer Aussparung aufweist. Es stellen sich hier die bereits obenstehend zum Verfahren beschrieben Vorteile ein.
Weiterbildend erstreckt sich die wenigstens eine Aussparung der musterförmigen Sollbiegestelle von einer Oberfläche des Halbzeugs in Richtung des Inneren des Halbzeugs oder umgekehrt. Auch kann die Sollbiegestelle auch noch eine zweite Aussparung aufweisen, die sich von einer zweiten
Oberfläche des Halbzeugs in Richtung einer ersten Oberfläche des Halbzeugs oder umgekehrt erstreckt. Die zweite Aussparung kann dabei eine einzelne Aussparung oder mehrere Aussparungen umfassen. Vorzugsweise kann auch die zweite Aussparung ein Muster, wie etwa ein polyedrisches Muster, aufweisen. Um den Umformprozess zu unterstützen kann die zweite Aussparung deckungsgleich zur ersten Aussparung im Halbzeug angeordnet sein. So ergibt sich eine von beiden Seiten wirksame Querschnittsschwächung. Alternativ kann sie aber auch versetzt dazu angeordnet sein. So können zusätzliche Knicke in der Oberfläche des Halbzeugs erzeugt werden. Wie bereits zuvor beschrieben umfasst die Soilbiegestelle auch im Sinne dieser Weiterbildung sowohl die erste als auch die zweite Aussparung. Erfindungswesentlich ist, dass die Soilbiegestelle das Basismuster für die späteren räumlich verformten Flächen des Bauteils bereitstellt.
Zweckmäßiger Weise weist die musterförmige Soilbiegestelle wenigstens eine Aussparung auf, die linienförmig ausgebildet ist und einen zumindest teilweise geradlinigen und/oder gekrümmten, insbesondere spiralförmigen, Verlauf hat.
Auch kann die musterförmige Soilbiegestelle mehrere Aussparungen aufweisen, die entlang einer zumindest teilweise geradlinig und/oder gekrümmt verlaufenden Linie angeordnet sind. Dann bilden mehre gezielt ausgerichtete Ausnehmungen in ihrer Gesamtheit die musterförmige Soilbiegestelle.
Vorteilhafterweise weist die musterförmige Soilbiegestelle zumindest eine Aussparung auf, deren Tiefe und/oder oder Breite sich zumindest teilweise entlang des Musters ändert. Beispielsweise kann die Aussparung im Randbereich der Oberfläche des Halbzeugs stärker oder schwächer ausgeprägt sein als im mittleren Bereich des Halbzeugs. Alternativ und/oder zusätzlich können spezielle einzelne Linien, Kurven der Aussparung oder eine Teilmenge von Aussparungen stärker oder schwächer ausgeprägt sein als Linien, Kurven oder Teilmengen von Aussparungen an anderen Orten auf dem Halbzeug. Dies hat den Vorteil, dass so die spätere Kontur des Bauteils mit einer räumlich strukturierten Oberfläche noch präziser vorgegeben werden kann, da das Ausmaß der Umformung mit der Intensität, in der die Aussparung ausgebildet ist, korreliert.
Weiterbildend ist es vorteilhaft, dass die Soilbiegestelle wenigstens eine als Perforation ausgebildete Aussparung aufweist. Die Perforation kann durchgängig oder nur teilweise durchgängig ausgeführt sein. Die Perforation kann dabei sowohl entlang einer bestimmten Knickfalte oder einer Ecke eines Polyeders eingebracht werden. Die Perforation kann in Bezug auf die Hai bzeugoberfläche sowohl senkrecht als auch geneigt eingebracht werden. Ist die Perforation nicht durchgehend, kann diese sowohl von einer Oberfläche als auch von beiden Oberflächen des Halbzeugs ausgehend vorliegen. Vorteilhaft ist dabei stets, dass die Perforation als Bestandteil der Soilbiegestelle eine besonders einfach einzubringende Schwächung der Biegesteifigkeit darstellt.
Weiterbildend kann ein Querschnitt der Aussparung so ausgebildet sein, dass wenn das Halbzeug an der Aussparung einen definierten Umformwinkel a erreicht, die weitere Umformung des Halbzeugs dadurch gehemmt wird, dass sich im Querschnitt der Aussparung ein Berührungskontakt ausbildet. Unter einem Berührungskontakt kann zum Beispiel ein Anschlag zweier Flanken der Aussparung verstanden werden. Beispielsweise kann dies dadurch erfolgen, dass die Aussparung einen U- oder V-förmigen Querschnitt aufweist, der entsprechend ausgebildet ist. Dies hat den Vorteil, dass nicht nur der Beginn der Umformung durch die Aussparung veranlasst, sondern auch das Ende der Umformung durch die Aussparung vorgegeben wird.
Zweckmäßiger Weise weist das Halbzeug einen thermisch, chemisch und/oder mechanisch aktivierbaren Kunststoff auf. Mit aktivierbarem Kunststoff ist ein Kunststoff gemeint, der sich durch thermischen, chemischen und/oder mechanischen Einfluss plastisch verformt. Es kann sich also z.B. um einen thermoplastischen Kunststoff handeln. Die Verwendung von reaktivem Kunststoff hat den Vorteil, dass die Biegesteifigkeit der Sollbiegestelle durch eine gezielte chemische Reaktion zumindest zeitweise herab- oder heraufgesetzt werden kann.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist das Halbzeug ein Verbundmaterial auf, das wenigstens eine Außenschicht und eine Kernschicht aufweist, wobei die musterförmige Sollbiegestelle in wenigstens einer der Schichten angeordnet ist. Ein geeignetes Verbundmaterial kann eine
Außenschicht und/oder eine Kernschicht aus Metall, Keramik, Glas, Stein (Naturstein und/oder Kunstsein), Kunststoff und/oder Holz bzw. Mischungen daraus aufweisen. Ein bekanntes und gut geeignetes Verbundmaterial hat zum Beispiel zwei Außenschichten aus Aluminium und eine
Kernschicht aus einem Polymerkunststoff, ein bekannter Handelsname dafür ist Alucobond.
Verbundmaterialien haben generell den Vorteil, dass unterschiedliche Materialeigenschaften gebündelt werden können. Sie können so zum Beispiel eine hohe Biegesteifigkeit, hohe Planheit und Witterungsbeständigkeit in der Außenschicht bei insgesamt leichtem Gesamtgewicht durch eine leichte Kernschicht aufweisen.
Weiterbildend durchdringt die erste und/oder zweite Aussparung der Sollbiegestelle eine
Außenschicht zumindest teilweise. Dies ist gerade bei einem besonders biegesteifen Material in der Außenschicht von Vorteil, da so das Umformen deutlich erleichtert wird.
Auch kann es sinnvoll sein, wenn das Halbzeug zwei miteinander verbundene, Halbzeugiagen aufweist, wobei zumindest eine der Halbzeuglagen eine Sollbiegestelle aufweist. Dabei kann es für die Herstellung desselben sinnvoll sein, dass an wenigstens einer Halbzeuglage ein geeignetes Mittel zum Einbringen des Drucks angeordnet ist. Dies kann ein Fluideinfüllstutzen für die Zufuhr des Druckmediums sein. Nach dem plastischen Umformen kann das Druckmedium aus dem mehrlagigen Halbzeug abgelassen werden. Das Druckmedium kann zum Beispiel Luft sein, die in den Leerraum zwischen den Halbzeugiagen temporär eingepresst oder zu einem solchen Teil herausgesaugt wird, dass ein zur plastischen Verformung ausreichender Druck erzeugt wird. In allen geschilderten Fällen kann die musterförmige Sollbiegestelle ganz oder teilweise auf zumindest einer der Oberflächen einer Halbzeuglage ausgebildet sein.
Alternativ können die beiden Halbzeuglagen durch einen am Rand umlaufenden rahmenartigen Steg verbunden sein, so dass sich zwischen den beiden Lagen ein definierter Ausgangsabstand einstellt. Durch Über- bzw. Unterdrück bzw. wechselnden Über- oder Unterdrück kann dann eine verformte Struktur (konvex, konkav, gemischt konvex-konkav) erzeugt werden. Um den Überdruck
beispielsweise mit einem Fluid zwischen die beiden Halbzeuglagen einbringen zu können kann im rahmenartigen Steg ein Ventil angeordnet sein.
Entsprechend kann auch ein Halbzeug verformt werden, das schon im Ausgangszustand einen inneren Hohlraum aufweist. Auch kann in einen solchen Hohlraum wenigstens ein Abstandhalter eingebracht werden. Wird dann ein Unterdrück erzeugt, drückt sich der jeweilige Abstand halter in das Halbzeug hinein und erzeugt auf diese Weise einen zusätzlichen Verformungseffekt, indem der Abstandhalter die Verformung an der Stelle beschränkt.
Die musterförmigen Solibiegestellen können sich dabei auf allen Hauptoberflächen der beiden Halbzeuglagen befinden. Gleichwohl ist jede Kombination von Oberflächen, auf welchen eine musterförmige Sollbiegestelle ausgebildet ist, denkbar. In einer bevorzugten Weiterbildung ist die musterförmige Sollbiegestelle auf beiden nach Innen weisenden Halbzeuglagen ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass die musterförmige Solibiegestellen von außen nicht sichtbar sind.
Schließlich gelingt die Lösung der Aufgabe auch mit einem Bauteil mit einer räumlich strukturierten Oberfläche, das aus einem wie vorstehend beschriebenen Halbzeug und/oder mit einem solchen Verfahren hergestellt worden ist. Auch hier steilen sich die zuvor beschriebenen Vorteile ein.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand mehrerer in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispiele näher erläutert. Darin zeigen schematisch:
Fig. 1 eine perspektivische Gesamtansicht eines erfindungsgemäßen Halbzeugs;
Fig. 2a bis Fig. 2d vier Querschnittsansichten unterschiedlicher erfindungsgemäßer Halbzeuge gemäß einem zweiten bis fünften Ausführungsbeispiel;
Fig. 3a ein Halbzeug gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel in einem Zustand vor der plastischen Umformung zu einem erfindungsgemäßen Bauteil;
Fig. 3b ein Halbzeug gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel in einem Zustand nach der plastischen Umformung zu einem erfindungsgemäßen Bauteil;
Fig. 4a bis Fig. 4c das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren anhand beispielhafter
Arbeitsschritte; Fig. 5 einen Ausschnitt einer Draufsicht auf ein mittels des erfindungsgemäßen
Herstellungsverfahrens erzeugten Bauteils mit einer räumlich strukturierten Oberfläche;
Fig 6 eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Halbzeug mit einer
musterförmigen Sollbiegesteile deren Aussparungen zum Teil
unterschiedliche Tiefen haben;
Fig. 7 einen Querschnitt durch ein aus zwei Halbzeuglagen erfindungsgemäß
hergestellten Bauteils;
Fig. 8 einen Querschnitt durch ein aus zwei über einen rahmenartigen Steg
verbundene Halbzeuglagen hergestelltes Halbzeug; und
Fig. 9a bis 9c den in Fig. 8 dargestellten Querschnitt mit drei durch gestrichelte Linien angedeutete unterschiedliche resultierende Bauteilformen nach der
Umformung;
Das in Fig. 1 gezeigte Halbzeug 1 ist vorliegend eine im Ausgangszustand ebene, flache, rechteckige Platte (z.B. aus Metall), die eine erste nach oben weisende Oberfläche 2 und eine zweite nach unten weisende Oberfläche 3 aufweist. Erfindungsgemäß ist auf der Oberfläche 2 des Halbzeugs 1 nun eine Sollbiegesteile 4 in der Form einer in der Draufsicht netzartigen Struktur ausgeformt. Diese netzartige Sollbiegesteile besteht im hier gezeigten Ausführungsbeispiel aus mehreren miteinander verbundenen, linienförmigen Aussparungen 5, die sich alle von der ersten Oberfläche 2 in Richtung der zweiten Oberfläche 3 des Halbzeugs 1 in dieses hinein erstrecken. Jede Aussparung 5 bewirkt eine lokale Reduktion der Biegesteifigkeit des Halbzeugs 1 , wodurch bei Beaufschlagen des
Halbzeugs 1 mit einem ausreichenden Druck ein Bauteil 10 mit einer räumlich strukturierten
Oberfläche ausgebildet werden kann.
Da die netzartige Sollbiegesteile 4 in der Draufsicht auf das plattenförmige Halbzeug 1 ein polyedrisches Muster (vorliegend beispielhaft aus mehreren Dreiecken aufgebaut) aufweist, wird sich demnach durch die Umformung auch eine entsprechend räumlich strukturierte Oberfläche in der Art eines polyedrisch strukturierten räumlichen Musters herausbilden. Diese wird also aus einer Vielzahl von auch in räumlicher Dimension zueinander angewinkelten Polyeder-Flächen bestehen.
In Fig. 2a ist eine Querschnittsansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Halbzeugs 1 mit einer aus mehreren Aussparungen 5 gebildeten Sollbiegesteile 4 abgebildet. In diesem Fall ist das Halbzeug 1 wie auch schon das erste in Fig. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel eine ebene Platte, in welche auf der ersten Oberfläche 2 mehrere erste Aussparungen 5 eingebracht wurden, die hier schematisch als U-förmige Aussparungen dargestellt sind. Selbstverständlich können die Aussparungen 5 auch ganz unterschiedliche Querschnittsformen haben, da sich auch über die Querschnittsform der Aussparung 5 das Resultat der Umformung steuern lässt. Die Aussparungen 5 erstrecken sich in der hier dargestellten Ausführungsform jeweils etwa bis zur Hälfte der Dicke des Halbzeugs 1 , wobei auch die Tiefe nur beispielhaft gewählt ist. Die Aussparungen 5 können als eine Reihe von Bohrungen die einer gedachten Linie folgen ausgebildet sein. Denkbar ist aber auch, dass sie sich, wie beim in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel, linienförmig über die Oberfläche 2 des Halbzeugs 1 erstrecken.
Fig. 2b veranschaulicht ein drittes Ausführungsbeispiel eines Halbzeugs 1 , bei dem die Sollbiegestelle 4 eine erste Aussparung 5 und eine zweite Aussparung 6 aufweist. Die erste Aussparung 5 erstreckt sich von der ersten Oberfläche 2 in Richtung der zweiten Oberfläche 3 und die zweite Aussparung 6 von der zweiten Oberfläche 3 in Richtung der ersten Oberfläche 2. In dem hier gezeigten Ausschnitt des Halbzeugs 1 ist jeweils nur eine Aussparung 5 bzw. 6 gezeigt, wobei selbstverständlich noch weitere Aussparungen 5, 6 in weiteren Bereichen vorhanden sein können. Die Aussparungen 5, 6 der Sollbiegestelle 4 sind dabei im Wesentlichen identisch ausgeführt und erstreckt sich zu jeweils etwa einem Drittel in das Halbzeug 1 hinein. Die Sollbiegestelle 4 weist somit zwei im Querschnitt U-förmige Aussparungen 5, 6 auf, die in der Draufsicht auf das Halbzeug 1 eine netzartige Struktur bilden. Ebenso wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel führt die Einschnürung entlang der Sollbiegestelle 4 zu einer reduzierten Biegesteifigkeit des Halbzeugs 1 in diesem Bereich. Die beidseitig ausgeführten Aussparungen 5, 6 sind hier exemplarisch deckungsgleich übereinander im Halbzeug 1 angeordnet. Denkbar ist aber auch eine gezielte Verschiebung der Aussparung 5 gegenüber der Aussparung 6.
In Fig. 2c wird ein viertes Ausführungsbeispiel eines Halbzeugs 1 mit einer netzartigen Sollbiegestelle 4 veranschaulicht. In diesem Fall weist die Sollbiegestelle 4 in dem gezeigten Abschnitt des
Halbzeugs 1 eine Perforation 7 auf, die sich von der ersten Oberfläche 2 bis zur zweiten Oberfläche 3 des Halbzeugs exemplarisch als durchgehende Bohrung erstreckt. Die Perforation 7 bewirkt ebenfalls eine lokale Reduktion der Biegesteifigkeit, wodurch sich das Halbzeug 1 an der betreffenden
Sollbiegestelle zuerst plastisch verformt, wenn ein ausreichender Druck auf die erste Oberfläche 2 oder die zweite Oberfläche 3 des Halbzeugs 1 aufgebracht wird.
In dem in Fig. 2d abgebildeten Ausführungsbeispiel besteht das Halbzeug 1 aus einem
Verbundmaterial mit einer Außenschicht 11 und einer Kernschicht 12. Die Außenschicht 11 kann aus einem relativ biegesteifen Material, wie etwa Metall oder Holz, bestehen, während die Kernschicht 12 aus einem weniger biegesteifen Werkstoff, wie etwa einem weicheren Metall oder Kunststoff, besteht. Vorliegend ist die erste Aussparung 5 der Sollbiegestelle 4 auf der ersten Oberfläche 2 des Halbzeugs 1 aufgebracht und durchdringt die Außenschicht 11 vollständig. Dies muss nicht zwingend sein, erleichtert aber die Umformung. Fig. 3a veranschaulicht ein fünftes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Halbzeugs 1 im Zustand vor der plastischen Umformung des Halbzeugs 1 , während Fig. 3b den Zustand nach der plastischen Umformung und damit das fertige Bauteil 10 zeigt. Grundsätzlich ähnelt die
Querschnittsform der Aussparung 5 dieses fünften Ausführungsbeispiels der in Fig. 2a gezeigten Querschnittsform der Aussparung 5 des zweiten Ausführungsbeispiels. Denn beide sind U-förmig ausgeführt. Allerdings sind hier die Abmessungen der ersten Aussparung 5, insbesondere die Breite bzw. der Abstand der Flanken 8a und 8b der Aussparung 5 gezielt kleiner gewählt. So wird relativ früh bei Erreichen eines bestimmten Umform winkeis a beim plastischen Umformen des Halbzeugs 1 die weitere Umformung gehemmt.
In den Fig. 4a bis 4c wird nun das Herstellungsverfahren anhand einzelner beispielhafter
Arbeitsschritte näher erläutert. Zunächst wird das Halbzeug 1 als flache Platte in einer
Differenzdruckvorrichtung 13 positioniert. Der Differenzdruckvorrichtung 13 weist in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel eine linke Druckkammer 13a und eine rechte Druckkammer 13b auf. Das Halbzeug 1 entspricht jenem aus Fig. 1 und weist dieselbe als polyedrisches Muster ausgebildete Sollbiegestelle 4 auf. Die eigentliche Beaufschlagung des Halbzeugs 1 mit einem Druck erfolgt im Inneren der Differenzdruckvorrichtung 13 nach dem Einklemmen des Halbzeugs 1 zwischen der linken und rechten Druckkammer 13a und 13b der Differenzdruckvorrichtung 13. Die Druckkammern 13a und 13b sind dabei so ausgebildet, dass diese im geschlossenen Zustand eine räumliche
Ausdehnung des Halbzeugs 1 durch plastische Umformung ermöglichen.
In der in Fig. 4b gezeigten Abbildung wird also das Halbzeug 1 zwischen der linken Druckkammer 13a und der rechten Druckkammer 13b der Differenzdruckvorrichtung 13 eingeklemmt und in der rechten Druckkammer 13b mit einem geeigneten Druckmedium 14, wie etwa Druckluft, Wasser, Öl, etc., beaufschlagt. Die Beaufschlagung mit einem Druckmedium 14 erfolgt derart, dass sich zwischen der rechten Druckkammer 13a und der linken Druckkammer 13b der Differenzdruckvorrichtung 13 ein Differenzdruck ausbildet, der so groß ist, dass sich das eingebrachte Halbzeug 1 entlang dessen Sollbiegestelle 4 in den linken Teil 13a der Differenzdruckvorrichtung 13 hinein plastisch umformt. Die vollendete plastische Umformung des Halbzeugs 1 zum Bauteil 10 ist in Fig. 4c dargestellt. Aus Fig.
4c ist auch ersichtlich, dass das zwischen der rechten Druckkammer 13b und dem Halbzeug 1 , bzw. dem fertigen Bauteil 10, eine schützende Abdeckung 9 eingebracht war, die einen direkten Kontakt des Druckmediums 14 mit dem Halbzeug 1 während des Herstellungsprozesses verhinderte. Die Anordnung dieser Schutzabdeckung 9 ist nicht immer notwendig, macht aber dann besonders Sinn, wenn z.B. eine unerwünschte Einwirkung des Druckmediums 14 auf das Halbzeug 1 zu befürchten ist.
Fig. 5 veranschaulicht die so erzeugte räumlich strukturierte Oberfläche im fertigen Bauteil 10. Wie Fig. 5 zu entnehmen ist, bildet die netzartige und aus mehreren linienförmigen Aussparungen 5 ausgeführten Sollbiegestelle 4 nun die Kanten von räumlich angewinkelten Polyedern (vorliegend Dreiecksflächen) aus. Die Polyeder treten also aus der Ebene bzw. Form des ursprünglichen Halbzeugs 1 räumlich hervor und bilden eine räumlich strukturierte Oberfläche, die vorliegend beispielhaft aus einzelnen angewinkelten Dreiecksfiächen besteht.
Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Halbzeugs 1 mit einer musterförmigen Sollbiegestelle 4, deren Aussparungen 5 zum Teil zwei bis drei unterschiedliche Tiefen aufweisen. Diese unterschiedlichen Tiefen sind in Fig. 6 durch unterschiedlich dicke Linien angedeutet. So ist es denkbar, dass eine Aussparung 5 zunächst eine Tiefe von etwa einem Drittel der Dicke des
Halbzeugs 1 hat. Diese Ausgangstiefe der Aussparung 5 steigt dann im Verlauf der Aussparung hin zu einem mittig im Halbzeug angeordneten Knotenpunkt, in dem sich mehrere linienförmige
Aussparungen treffen, an - zum Beispiel auf die Hälfte der Dicke des Halbzeugs 1. Dicht am
Knotenpunkt steigt die Tiefe dann auf zwei Drittel der Dicke des Halbzeugs 1 , angedeutet durch die in der Fig. 6 dickste Linie. Die Bereiche mit der größten Tiefe der Aussparung 5 werden beim Umformen entsprechend früher ausknicken als die Bereiche mit geringerer Aussparungstiefe. Durch die variable Tiefe der Aussparungen kann der Gestaltungsspielraum wie oben schon erläutert, erheblich vergrößert werden.
Fig. 7 zeigt einen Schnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines fertigen Bauteils 10.
Vorliegend handelt es sich um Bauteil 10, das aus zwei an ihren Rändern verbundenen
Halbzeuglagen 1a und 1 b hergestellt worden ist. Aufgrund der Schnittdarstellung ist hier lediglich eine ersten Aussparung 5 je Halbzeuglage 1a sowie 1 b zu erkennen, obwohl die beiden Sollbiegestelien 4 der beiden Halbzeuglagen 1a und 1 b selbstverständlich eine in der Fläche der Halbzeuglagen 1a und 1 b musterförmige Struktur haben.
Die Umformung selbst erfolgt durch Erzeugen von Druck zwischen den beiden in der
Ausgangssituation noch ebenen und aufeinanderliegenden Halbzeuglagen 1a und 1 b. Hierzu wird ein z.B. flüssiges oder gasförmiges Druckmedium 14 zwischen die beiden Halbzeugiagen 1a und 1 b eingepresst. Basierend auf dem stark vereinfachten Beispiel stellt sich so ein Bauteil 10 mit einer kissenartigen Form ein, dessen Oberflächen mehrfach und netzförmig strukturiert bzw. gefaltet sind.
Wie man in dem in Fig. 8 dargestellten Beispiel erkennen kann, können die beiden Halbzeuglagen 1 a und 1 b auch durch einen rahmenartigen Steg 15 an ihren äußeren Rändern verbunden sein. Dabei können die Sollbiegestellen 4 der beiden Halbzeuglagen 1a und 1b, wie hier dargestellt, auch nicht deckungsgleich übereinander in den Halbzeuglagen 1a bzw. 1 b angeordnet sein.
Wie in Fig. 9a bis Fig.9c anhand von drei unterschiedlichen Beispielen dargelegt wird, können sich, je nachdem wie man den Druck zwischen die beiden Halbzeugenlagen 1a und 1 b einbringt, ganz unterschiedliche Verformungen in den Halbzeugen 1a bzw. 1 b einstellen. So kann man durch einen gleichmäßigen Überdruck zwischen beiden Halbzeuglagen 1a und 1 b ein konvex nach außen gewölbtes Bauteil 10 erhalten, wie in Fig. 9a mittels der gestrichelten Linie angedeutet wird. Bringt man einen Unterdrück zwischen die beiden Halbzeugenlagen 1a und 1 b ein, kann sich das in Fig. 9b dargestellte Verformungsbild ergeben.
Durch einen wechselnden Über- und Unterdrück können sich wechselnd Ein- und Ausbuchtungen in den Halbzeuglagen 1a bzw. 1 b entlang der musterförmigen Sollbiegestellen 4 und deren
Ausnehmungen 5 einstellen, wie man dies anhand der in Fig. 9c angedeuteten, gestrichelten Linie erkennen kann.
Bezugszeichen
1 Halbzeug
1a erste Halbzeuglage
1 b zweite Halbzeuglage
2 erste Oberfläche
3 zweite Oberfläche
4 Sollbiegestelle mit netzartiger Struktur
5 erste Aussparung
6 zweite Aussparung
7 Perforation
8a, 8b Flanken der Aussparung
9 Schutzabdeckung
10 Bauteil
11 Außenschicht
12 Kernschicht
13 Differenzdruckvorrichtung
13a linke Kammer
13b rechte Kammer
14 Druckmedium
15 a Umformwinkei

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Bauteils (10) mit einer räumlich strukturierten Oberfläche aus einem Halbzeug (1 ),
dadurch gekennzeichnet, dass
zunächst eine musterförmige Soilbiegestelle (4) im Halbzeug (1 ) erzeugt wird, und danach das Halbzeug (1 ) flächig mit einem Druck beaufschlagt wird, der so dosiert ist, dass der Druck eine plastische Umformung des Halbzeugs (1 ) entlang der Soilbiegestelle (4) bewirkt, sodass ein Bauteil (10) mit einer räumlich strukturierten Oberfläche entsteht.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die musterförmige Soilbiegestelle (4) dadurch erzeugt wird, dass im Halbzeug wenigstens eine Aussparung (5, 6) angeordnet wird, die sich vorzugsweise von einer Oberfläche (2, 3) des Halbzeugs (1 ) in Richtung des Inneren des Halbzeugs (1 ) oder umgekehrt erstreckt.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die wenigstens eine Aussparung (5, 6) so im Halbzeug (1 ) erzeugt wird, dass sich deren Tiefe und/oder oder Breite entlang des Musters der Soilbiegestelle (4) zumindest teilweise ändert.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens eine Aussparung (5, 6) zumindest teilweise linienförmig ausgebildet wird und/oder mehrere Aussparungen (5, 6) entlang einer gedachten Linie angeordnet werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens eine linienförmige Aussparung (5, 6) zumindest teilweise geradlinig und/oder gekrümmt, insbesondere spiralförmig, ausgeführt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
mehrere Aussparungen (5, 6) entlang wenigstens einer zumindest geraden und/oder teilweise gekrümmten Linie im Halbzeug (1) angeordnet werden.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die musterförmige Sollbiegestelle (4) zumindest teilweise als netzartige Struktur aus mehreren Aussparungen (5, 6) ausgeführt wird, vorzugsweise mit einer offenzeiligen und/oder geschlossenzeiligen Struktur.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet, dass
die netzartige Struktur der Sollbiegestelle (4) zumindest teilweise als polyedrische Struktur ausgeführt wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet, dass
die Aussparung (5, 6) thermisch, mechanisch, chemisch und/oder durch eine
Materialauftragung neben der Sollbiegestelle (4) hergestellt wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest eine Oberfläche (2, 3) des Halbzeugs (1 ) mit einem Über- und/oder Unterdrück beaufschlagt wird, wobei der Druck insbesondere veränderlich, gleichförmig und/oder alternierend aufgebracht wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
zum Aufbringen des Drucks ein Druckmedium (14) verwendet wird, das vorzugsweise ein Gas, ein Fluid, ein Schaum, ein Sand und/oder eine Platte mit elastischer Oberfläche ist.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
vor dem Beaufschlagen des Halbzeugs (1 ) mit Druck eine schützende Abdeckung (9) auf zumindest eine Oberfläche (2, 3) des Halbzeugs (1 ) aufgebracht wird.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Halbzeug (1 ) gegen ein Dämpfungsmittel umgeformt wird.
14. Verfahren einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Halbzeug (1 ) und/oder ein Druckmedium (14) so erwärmt wird, dass die plastische Umformung des Halbzeugs (1 ) begünstigt oder ermöglicht wird.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
zwei Lagen des Halbzeugs (1a, 1 b) miteinander so verbunden werden, dass ein zur
Umformung ausreichender Druck zwischen den beiden Halbzeugiagen (1a, 1 b) eingebracht werden kann.
16. Halbzeug (1 ) zum plastischen Umformen desselben zu einem Bauteil (10) mit einer räumlich strukturierten Oberfläche nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Halbzeug (1 ) eine musterförmige Sollbiegestelle (4) mit wenigstens einer Aussparung (5, 6) aufweist.
17. Halbzeug (1 ) nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet, dass
sich die wenigstens eine Aussparung (5, 6) der musterförmigen Sollbiegestelle (4) von einer Oberfläche (2, 3) des Halbzeugs (1 ) in Richtung des Inneren des Halbzeugs (1 ) oder umgekehrt erstreckt.
18. Halbzeug (1) nach Anspruch 16 oder 17,
dadurch gekennzeichnet, dass
die musterförmige Sollbiegestelle (4) eine zweite Aussparung (6) aufweist, die sich von einer zweiten Oberfläche (3) des Halbzeugs (1 ) in Richtung einer ersten Oberfläche (2) des Halbzeugs (1 ) erstreckt.
19. Halbzeug (1 ) einem der Ansprüche 16 bis 18,
dadurch gekennzeichnet, dass
die musterförmige Sollbiegestelle (4) wenigstens eine Aussparung (5,6) aufweist, die linienförmig ausgebildet ist und einen zumindest teilweise geradlinigen und/oder gekrümmten, insbesondere spiralförmigen, Verlauf hat.
20. Halbzeug (1 ) einem der Ansprüche 16 bis 19,
dadurch gekennzeichnet, dass
die musterförmige Sollbiegestelle (4) mehrere Aussparungen (5, 6) aufweist, die entlang einer zumindest teilweise geradlinig und/oder gekrümmt verlaufenden Linie angeordnet sind.
21. Halbzeug (1 ) einem der Ansprüche 16 bis 20,
dadurch gekennzeichnet, dass
die musterförmige Sollbiegestelle (4) zumindest eine Aussparung (5, 6) aufweist, deren Tiefe und/oder oder Breite sich zumindest teilweise entlang des Musters der Sollbiegestelle (4) ändert.
22. Halbzeug (1 ) nach einem der Ansprüche 16 bis 21 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die musterförmige Sollbiegestelle (4) zumindest eine als Perforation (7) ausgebildete
Aussparung aufweist.
23. Halbzeug (1 ) nach einem der Ansprüche 16 bis 22,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Querschnitt (9) der Aussparung (5, 6) so ausgebildet ist, dass wenn das Halbzeug (1 ) an der Aussparung (5, 6) einen definierten Umformwinkel (a) erreicht, die weitere Umformung des Halbzeugs (1) dadurch gehemmt wird, dass sich im Querschnitt (9) der Aussparung (5, 6) ein Berührungskontakt ausbildet.
24. Halbzeug (1 ) nach einem der Ansprüche 16 bis 23,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Halbzeug (1 ) einen thermisch, chemisch und/oder mechanisch aktivierbaren Kunststoff aufweist.
25. Halbzeug (1 ) nach einem der Ansprüche 16 bis 24,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Halbzeug (1 ) aus einem Verbundmaterial besteht, das wenigstens eine Außenschicht (11 ) und eine Kernschicht (12) aufweist, wobei die musterförmige Sollbiegestelle (4) in wenigstens einer der Schichten (11 , 12) angeordnet ist.
26. Halbzeug (1 ) nach Anspruch 25,
dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens eine Außenschicht (11 ) und/oder die Kernschicht (12) aus Metall, Keramik, Glas, Stein, Kunststoff und/oder Holz bestehen/besteht.
27. Halbzeug (1 ) nach einem der Ansprüche 25 bis 26,
dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens eine Aussparung (5, 6) der musterförmigen Sollbiegestelle (4) wenigstens eine Außenschicht (11 ) zumindest teilweise durchdringt.
28. Halbzeug (1 ) nach einem der Ansprüche 16 bis 27,
dadurch gekennzeichnet, dass
es zwei miteinander verbundene, sich überlappende Halbzeuglagen (1a, 1 b) aufweist, wobei zumindest eine der beiden Halbzeuglagen (1a, 1 b) eine musterförmige Sollbiegestelle (4) aufweist.
29. Halbzeug (1 ) nach Anspruch 27,
dadurch gekennzeichnet, dass
an wenigstens einer Halbzeuglage (1a, 1 b) ein geeignetes Mittel zum Einbringen eines Druckmediums (14) angeordnet ist.
30. Halbzeug (1 ) nach einem der Ansprüche 28 bis 29,
dadurch gekennzeichnet, dass
die beiden Halbzeuglagen (1a, 1 b) durch einen an ihrem Rand umlaufenden rahmenartigen Steg (15) verbunden sind.
31. Halbzeug (1 ) nach einem der Ansprüche 16 bis 30,
dadurch gekennzeichnet, dass
es einen inneren Hohlraum aufweist.
32. Bauteil (10) mit einer räumlich strukturierten Oberfläche,
dadurch gekennzeichnet, dass
es aus einem Halbzeug (1 ) und/oder mit einem Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche hergestelit worden ist.
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