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EP1626824A1 - Verfahren zur herstellung individualisierter fahrzeugteile, insbesondere individualisierter aussenhautteile aus in serienfertigung hergestellten serienteilen sowie nach diesem verfahren hergestellte aussenhautteile - Google Patents

Verfahren zur herstellung individualisierter fahrzeugteile, insbesondere individualisierter aussenhautteile aus in serienfertigung hergestellten serienteilen sowie nach diesem verfahren hergestellte aussenhautteile

Info

Publication number
EP1626824A1
EP1626824A1 EP04711311A EP04711311A EP1626824A1 EP 1626824 A1 EP1626824 A1 EP 1626824A1 EP 04711311 A EP04711311 A EP 04711311A EP 04711311 A EP04711311 A EP 04711311A EP 1626824 A1 EP1626824 A1 EP 1626824A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
mandrel
series
series part
forming tool
outer skin
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP04711311A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1626824B1 (de
Inventor
Stefan Bartscher
Gero Kempf
Maik Hammer
Tobias LÖBEL
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
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
Publication of EP1626824A1 publication Critical patent/EP1626824A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1626824B1 publication Critical patent/EP1626824B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • B21D22/20—Deep-drawing
    • B21D22/26—Deep-drawing for making peculiarly, e.g. irregularly, shaped articles
    • 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
    • B21D22/14—Spinning
    • B21D22/18—Spinning using tools guided to produce the required profile
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing outer skin parts for vehicles according to the preamble of patent claim 1 and to an outer skin part made according to this method according to patent claim 31.
  • Vehicle body parts such as bonnets, roofs, fenders, side parts, trunk lids, etc. are usually produced by deep drawing from flat starting sheets.
  • the tools of deep-drawing presses are known to be very expensive and can therefore only be used profitably with relatively large quantities.
  • the sheet geometries that can be produced with conventional deep-drawing presses are limited in terms of their complexity.
  • vehicle designers are increasingly demanding more design freedom, which cannot always be met with conventional deep-drawing tools.
  • Modern vehicle designs are characterized, for example, by transitions between convex and concave component sections as well as by strongly accentuated character lines or edges with sometimes very narrow radii of curvature. Even here, conventional deep-drawing processes occasionally reach production limits.
  • the basic principle of Dieless Forming is that a flat sheet metal plate, i.e. a non-preformed sheet is formed into a three-dimensional component by means of the forming dome.
  • the forming mandrel is pressed against the sheet metal blank.
  • a three-dimensional sheet metal part can be produced from the flat sheet metal blank by an incremental feed of the forming dome.
  • a major disadvantage of the Dieless Forming process described in US Pat. No. 6,216,508 B1 is the very long production time. If you want to manufacture a large, complex sheet metal part, for example a body part for a vehicle, from a flat sheet metal board using the Dieless Forming process, this is extremely time-consuming.
  • the forming mandrel has to travel the entire sheet metal blank contour by contour in a meandering or spiral manner, which takes a very long time in comparison to conventional deep drawing.
  • the production of a body part of a vehicle for example an engine hood, takes a few seconds or fractions of seconds using conventional deep-drawing processes.
  • the object of the invention is to provide a method with which components, in particular outer skin parts for vehicles and in particular those for small or Small series vehicles, customer requirements can be manufactured individually and at the same time inexpensively or to create an outer skin part that meets these requirements.
  • the invention is not limited to workpieces made of sheet metal.
  • An application of the invention is basically for all types of components, such as Structural parts, possible.
  • the invention is also not limited to sheet metal components. Rather, an application of the invention is also possible for workpieces made of plastic, in particular for parts made of thermoplastic, or other materials.
  • the essence of the invention consists primarily in meeting individual customer requirements by using a “series outer skin part” produced in series production
  • Post-processing is "individualized” with a “forming tool” that is pressed against the series outer skin part and moved relative to the series outer skin part.
  • Semi-finished or finished body-in-white parts such as bonnets, tailgates, doors, side panels, fenders, roofs, etc. can be used to create character lines, lettering, etc. be impressed.
  • character lines or component edges already present in the series outer part can be traced or deepened and thus more pronounced than is possible or is the case with the series outer skin parts used for conventional series vehicles.
  • Such post-processing with a forming tool can be used to produce an infinite number of design modifications from conventional series outer skin parts, and so inexpensively as was previously not possible.
  • series-like vehicles in small series or as individual vehicles, it is easier to meet customers' wishes for customization, particularly in the case of high-priced vehicles.
  • vehicles acquire an individual "design note” and thus stand out visually from the other vehicles of the respective vehicle type.
  • the invention is expressly not limited to the production of outer skin parts for small series or individual vehicles. Vehicles are often subjected to a "model revision” - a so-called “facelift” - in the course of their product life cycle. As part of model revisions, the outer skin parts of the vehicles are occasionally revised to a certain extent or made more appealing. So far, it has been necessary to purchase new press tools or to adapt existing press tools according to the new design, which is regularly associated with very high tool costs. With the method explained in more detail below, it is now possible to rework or rework outer skin parts produced with the “old” pressing tools. In this way, additional character lines, beads, etc. can be embossed into the “old outer skin parts”, which means a “model revision "made possible at a much lower cost than was previously the case.
  • Another important advantage of the invention is that a corresponding "rework station" can be integrated into an existing production line without problems.
  • Series parts intended for individual vehicles or for individualized vehicles or for a model revision are reworked in the "rework station".
  • Series parts for conventional series vehicles pass through the rework station without being reworked.
  • Post-processing according to the invention is of course also possible outside the production line in separate processing stations.
  • the basic principle of the method according to the invention is to emboss a three-dimensional contour into a sheet metal part by means of a shaping tool, which can be designed like a mandrel, for example.
  • the forming tool is also referred to below as a “forming mandrel”, which, however, is not to be understood as restrictive in the sense of a specific tool shape.
  • the end of the "forming mandrel” is pressed against the component during the finishing of a component, which can be designed, for example, as a tip or as a rounded tip. At the same time, the component and the forming mandrel are displaced relative to one another. As a result, the geometry of the end of the Forming dome and depending on the contact pressure and the "clamping or support state" of the component to be machined an "indentation or bulge" or, generally speaking, a three-dimensional contour.
  • the contour to be produced can be, for example, the shape of a groove, a bead or have a different shape.
  • the invention encompasses both “one-curve post-processing” and to a certain extent “incremental post-processing”.
  • the forming tool used is attached to the component to be post-processed, pressed against the component, and then the forming tool is moved relative to the component with a single movement. Post-processing is thus carried out by the forming tool "in one go “is moved, whereby the desired geometry, eg a bead, a character line or the like is stamped into the component.
  • a geometry produced in a first post-processing step such as a bead
  • a geometry produced in a first reworking step can be moved relative to by a slight shift the component and essentially transversely to the direction of travel of the first reworking step can be “widened” and thus become more pronounced.
  • finished means that the body-in-white part would in itself be ready for painting, but had previously been reworked in one component area or in several component areas. In principle, however, it is also conceivable to finish already finished outer skin components by reworking according to the invention “ individualize "or differentiate. "Semi-finished” means that the body-in-white part is further processed after the post-processing according to the invention, for example by post-treating the surface, trimming or bending component edges, drilling holes, thread cutting or the like and only then painting.
  • the series outer skin or the body shell part is clamped in a holding device.
  • the holding device can be formed, for example, by a large number of individual “holding points” or “holding sections”. It is also possible to use suction cup-like holding elements. Suction cup-like holding elements have the advantage that the risk of damage to the outer skin sheet metal part, in particular the risk of damage to the component surface, is reduced during clamping and during machining, since the workpiece is not clamped between two holding elements but is fixed by negative pressure.
  • the workpiece, ie the serial outer skin part is preferably clamped in before the post-processing in such a way that its geometry in the edge region does not change as a result of the post-processing. In other words, the postprocessing should not change connection dimensions or gap dimensions, which arise when the outer skin part is later installed in a body, with respect to the “normal series vehicle”.
  • the series outer skin part can either be held exclusively by means of a holding device, for example in its edge area.
  • a holding device for example in its edge area.
  • one or more "counterholders” or support elements can be used. Such counterholders or support elements are pressed against the series outer skin part from the side opposite the forming mandrel, ie "from behind”. Edge-shaped or arched “support elements” can be used as counterholders. Alternatively, the counterholders can also have the shape of a
  • Adopt "die” which has a "negative shape” corresponding to the three-dimensional contour to be produced.
  • a counter-holder does not necessarily have to be used.
  • one counterholder is preferably arranged on the left in the travel direction of the forming tool and the other counterholder in the travel direction on the right next to the geometry to be produced.
  • the shape of the geometry to be produced can already be influenced by the choice or the change in the spacing of the counterholders from one another and by the lateral spacing of the counterholders, which will be explained in more detail later.
  • the forming mandrel can, for example, have a smooth, convexly curved tool tip. It can be symmetrical or asymmetrical.
  • the tool tip can also be formed by a rotatably mounted ball which rolls on the series outer skin part during the machining of the series outer skin part. which reduces the mechanical stress on the series outer skin part in the deformation area.
  • a "rolling mandrel" can also be used, in which the tool tip is formed by a wheel or by a roller. Multiple mandrels or multi-armed forming mandrels can also be used.
  • the forming mandrel does not necessarily have to have a round or rounded tip Rather, a forming mandrel with a relatively sharp-edged tip can also be used.
  • the tip can also be flat, wheel-shaped, plow-shaped or similar to a ship's hull.
  • a forming mandrel with a faceted tool tip is also conceivable.
  • the forming mandrel does not necessarily have to be made of steel or tool steel. Forming mandrels made of plastic, wood, ice, sand, concrete or other materials are also conceivable.
  • the tool tip of the forming dome can be hardened, unhardened, coated or uncoated. It can e.g. be provided with a wear-resistant single or hybrid coating.
  • the forming mandrel can be guided in up to six axes relative to the component in order to achieve the desired “shape result”.
  • the shaping mandrel or the tool tip of the forming mandrel can also be rotated or oscillated about the longitudinal axis of the forming mandrel during post-processing.
  • a mandrel with or without lubrication can be used.
  • a lubrication system can be integrated in the forming mandrel.
  • the lubrication system can also be arranged on the outside of the forming mandrel.
  • the lubrication system ensures that the "processing point", i.e. the point at which the forming mandrel touches the series outer skin part, is constantly supplied with sufficient lubricant.
  • a lubricating oil can be used as the lubricant.
  • a forming mandrel can be used, the tool tip of which can be adjusted during the machining process.
  • the width of the tool tip can be changed transversely to the direction of travel of the tool mandrel during the machining process.
  • geometries with variable "width" can be produced in a single operation.
  • the travel speed with which the forming mandrel is moved relative to the series outer skin part during the reworking does not have to be constant. Rather, the travel speed can be varied as a function of the instantaneous “degree of deformation” of the series outer skin part. With smaller degrees of deformation, a higher travel speed can be selected, with larger degrees of deformation a lower travel speed.
  • Both the forming mandrel and the "workpiece” can be heated or cooled as required or have an ambient temperature during processing.
  • Heating the forming dome leads to heat input into the area of the workpiece to be formed, which increases its ductility, which facilitates the forming. Especially in the case of plastic parts
  • the series outer skin part can also be preheated or heated directly during the post-processing.
  • the standard outer skin part can be heated by hot air, radiant heaters, lasers or another heat source.
  • Series outer skin parts can be preheated to just below a material-specific "softening temperature" during post-processing and / or locally heated to a suitable "forming temperature” by means of a heated forming dome or selective additional heating at the point of engagement.
  • the workpiece can also be pretreated by other methods before post-processing. For example, it can be irradiated, coated, etched, hardened, roughened, smoothed, polished, sprayed with lubricating liquid or ground. It can also be pretreated by sandblasting before finishing. The finishing of the series outer skin part is preferably controlled fully automatically.
  • the forming mandrel can either be designed as a machining tool of a CNC machine tool, similar to that in US Pat. No. 6,216,608 B1, or it can be arranged on an arm of a correspondingly programmed machining robot.
  • a “processing station” can have further “tools”, for example a laser cutting device with which the outer skin sheet metal part can also be trimmed.
  • Fig. 1 an outer skin part with a molded bead, by a
  • Fig. 5 shows the basic principle of post-processing according to the invention
  • FIG. 13 shows an exemplary embodiment in which a front flap is reworked; and Fig. 14 a die-like counterholder.
  • Figure 1 shows a series outer skin sheet metal part 1 of a vehicle.
  • the series outer skin sheet metal part 1 of FIG. 1 is a “door outer skin”.
  • a molded bead 2 was “subsequently” incorporated into the series outer skin sheet metal part 1, which will be explained in more detail in connection with the following figures.
  • Figure 2 shows a section through the outer skin part 1 of Figure 1 along the section line A - A.
  • the molded bead 2 has a length I and a depth t.
  • the depth t of the shaped bead 2 has its maximum in the area of the z-axis of FIG. 2 and decreases towards the ends of the shaped bead 2.
  • FIG. 3 shows a cross section through the outer skin part 1 along the section line BB of FIG. 1. It can be seen that the shaped bead 2 is relatively sharp-edged. Such strongly accented character lines are difficult or impossible to produce with conventional deep-drawing processes.
  • FIG. 4 schematically describes the post-processing operation of the series outer skin part 1.
  • the series outer skin part 1 is clamped into a holding device 3 (not shown in more detail here) or fixed to a holding device 3.
  • the series outer skin part 1 is fastened to the holding device 1 only in its edge regions.
  • a forming dome 4 is brought up to the series outer skin part 1 and pressed against the series outer skin part 1 with a predetermined pressing force.
  • the forming mandrel 4 is moved in the direction of arrow 5 relative to the series outer skin part 1.
  • a "feed movement" of the forming dome 4 takes place relative to the series outer skin part 1, as a result of which the molding bead 2 is impressed into the series outer skin part 1 through the tip 6 of the forming dome 4.
  • FIG. 5 shows an exemplary embodiment in which a matrix-like counter-holder 7 is used to press against the side of the series outer skin part 1 opposite the forming mandrel 4.
  • the series outer skin part 1 is thus by supported matrix-like counter-holder 7, which enables the production of a sharp-edged contour, as shown in Figure 5, easily.
  • the die-like counterholder can be a component-specific tool or a "universal tool" that can also be used for the individualization of other series outer skin components.
  • FIGS. 6-8 show different cross sections A-A, B-B and C-C of a molded bead 2 subsequently embossed into a series outer skin part 1.
  • FIGS. 6a, 6b show an exemplary embodiment in which a strongly accented molded bead 2 was subsequently embossed into the series outer skin part 1, the “tip” of the molded bead 2 being softly rounded,
  • Figure 7b shows the cross section B-B. In this area the molded bead 2 is less accentuated.
  • the “tip” of the shaped bead 2 here has a larger radius of curvature than in FIG. 6b.
  • Figure 8b shows the cross section C-C.
  • the shaped bead 2 is again more strongly accentuated in this area. Similar to FIG. 6b, the “tip” of the shaped bead 2 has a relatively small radius of curvature.
  • FIG. 9 shows an embodiment in which the series outer skin part 1 is supported from the side opposite the forming mandrel 4 during the finishing by two counter-holders 8, 9 of essentially the same width.
  • the contour of the series outer skin part is indicated by 1 'before the post-processing.
  • the “tip” of the forming dome 4 is more strongly accentuated here than in the case of the forming mandrel 4 shown in FIG 9 at a distance L2.
  • the counterholders 8, 9 thus have a distance L3 which is equal to the sum of the distances L1 and L2.
  • L1 is smaller than L2 here.
  • the support is thus asymmetrical with respect to the position of the tip of the forming dome 4.
  • Figure 10 shows an embodiment in which the counter-holder 8 is wider than the counter-holder 9.
  • the support with respect to the tip of the forming dome 4 is only slightly asymmetrical.
  • L1 is only slightly larger than L2.
  • the tip of the forming dome 4 is blunt here, which results in a correspondingly less accentuated bulge.
  • Figure 1 1 shows an embodiment in which the counterholders 8, 9 are arranged at a relatively small distance L3 from each other. This enables relatively large degrees of deformation and, as can be seen from the drawing, the production of a relatively strongly accented molded bead.
  • Figure 12 shows the path of the forming tool using the example of a series outer skin part 1, such as a bonnet into which two character lines 2a, 2b are embossed.
  • the forming tool (not shown) is first lowered onto the serial outer skin part 1 from a point in space 10, which is referred to here as the “starting point” of the traversing movement
  • the forming tool is raised and reaches the space point 11. From there, the forming tool is moved to the space point 12.
  • the forming tool is lowered again onto the series outer skin part 1 and moved along the character line 2b to be produced 2b, the forming tool is raised and reaches space point 13.
  • FIG. 13 shows the “bonnet” 1 of FIG. 12 after the production of the character lines 2a and 2b.
  • a central bead 2c was embossed into the bonnet sheet by the same method, which protrudes upward from the bonnet, similar to that in FIG. 6 -8 is shown.
  • FIG. 14 shows a die 14 which can be used to produce a shaped bead, such as the shaped bead 2c in FIG. 13.
  • the die 14 is pressed against the series outer skin part (not shown here), namely from the side opposite the forming tool 4.
  • the die 14 is provided for the partial support of the forces exerted by the forming tool 4 on the series outer skin part.
  • the matrix 14 can be U-shaped, as in FIG. 14, that is to say open on one side.
  • the invention is by no means limited to a specific form of the die, but covers all the forms of the die.
  • the inner edge of the die 14 is flattened obliquely inwards in the “inlet area” of the forming tool 4.
  • the inner edge is essentially perpendicular to the support surfaces 17, 18 of the die 14, which press against the series outer skin part "from behind" during the finishing process and thereby support the forces exerted by the forming tool.
  • the travel path 19 of the forming tool should also be mentioned, which extends essentially centrally with respect to the two legs of the die 14.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Shaping Metal By Deep-Drawing, Or The Like (AREA)
  • Moulds For Moulding Plastics Or The Like (AREA)
  • Superstructure Of Vehicle (AREA)
  • Body Structure For Vehicles (AREA)

Abstract

Verfahren zur Herstellung von Fahrzeugteilen, insbesondere von Aussenhautteilen für Fahrzeuge, wobei aus einem Ausgangsmaterial ein dreidimensional vorgeformtes halbfertiges oder fertiges Serienteil, insbesondere ein Serienaussenhautteil, für einen in Serienproduktion gefertigten Fahrzeugtyp hergestellt wird. Anschliessend wird aus dem vorgeformten Serienteil (1) ein individualisiertes Teil hergestellt, indem mittels eines dornartigen Umformwerkzeugs (14), das von einer Seite gegen das Serienteil gedrückt und gleichzeitig relativ zu dem Serienteil verfahren wird, eine dreidimensionale Kontur (2) nachträglich in das Serienteil eingeprägt wird.

Description

Verfahren zur Herstellung individualisierter Fahrzeugteile, insbesondere individualisierter Außenhautteile aus in Serienfertigung hergestellten
Serienteilen sowie nach diesem Verfahren hergestellte Außenhautteile
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Außenhautteilen für Fahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie ein nach diesem Verfahren hergestelltes Außenhautteil gemäß Patentanspruch 31.
Fahrzeugkarosserieteile, wie Motorhauben, Dächer, Kotflügel, Seitenteile, Kofferraumdeckel etc. werden üblicherweise durch Tiefziehen aus ebenen Ausgangsblechen hergestellt. Die Werkzeuge von Tiefziehpressen sind bekanntermaßen sehr teuer und können daher nur bei relativ großen Stückzahlen rentabel eingesetzt werden. Außerdem sind die mit herkömmlichen Tiefziehpressen herstellbaren Blechgeometrien hinsichtlich ihrer Komplexität begrenzt. Fahrzeugdesigner fordern jedoch zunehmend breitere Gestaltungsspielräume, denen man mit herkömmlichen Tiefziehwerkzeugen nicht immer gerecht werden kann. Moderne Fahrzeugdesigns zeichnen sich beispielsweise durch Übergänge zwischen konvexen und konkaven Bauteilabschnitten sowie durch stark akzentuierte Charakterlinien bzw. Kanten mit zum Teil sehr engen Krümmungsradien aus. Bereits hier stößt man mit herkömmlichen Tiefziehverfahren gelegentlich an fertigungstechnische Grenzen. Einen ganz anderen Weg geht die sogenannte "Dieless-Forming-Technologie", die beispielsweise aus der US 6,216,508 B1 bekannt ist. Wie der Name schon sagt, erfolgt die Blechumformung "Dieless", d.h. ohne eine Form im herkömmlichen Sinne. Beim Dieless-Forming, wie es in der US 6,216,508 B1 beschrieben ist, wird eine ebene Blechplatine in ihrem Randbereich in eine Haltevorrichtung eingespannt. Für die Bearbeitung wird ein Umformdorn verwendet, der im wesentlichen senkrecht zu der eingespannten Blechplatine angeordnet ist und der in X- und Y-Richtung verfahrbar ist. Eine Zustellbewegung in Z-Richtung ist möglich, entweder durch Verfahren des Zustelldoms oder durch senkrechtes Verfahren der in die Haltevorrichtung eingespannten Blechplatine.
Das Grundprinzip des Dieless Forming, wie es aus der US 6,216,508 B1 bekannt ist, besteht darin, dass eine ebene Blechplatine, d.h. ein nicht vorgeformtes Blech mittels des Umformdoms in ein dreidimensionales Bauteil umgeformt wird. Hierzu wird der Umformdorn gegen die Blechplatine gedrückt. Durch mäanderförmiges oder spiralförmiges Abfahren der gesamten Blechplatine kann aus der ebenen Blechplatine durch eine inkrementelle Zustellung des Umformdoms ein dreidimensionales Blechteil hergestellt werden. Ein Vorteil des Dieless Forming Verfahrens im Vergleich zu herkömmlichen Tiefziehverfahren besteht darin, dass auch sehr komplexe Bauteilgeometrien hergestellt werden können.
Ein wesentlicher Nachteil des in der US 6,216,508 B1 beschriebenen Dieless Forming Verfahrens ist jedoch die sehr lange Fertigungsdauer. Will man ein großes, komplexes Blechteil, z.B. ein Karosserieteil für ein Fahrzeug, aus einer ebenen Blechplatine im Dieless Forming Verfahren herstellen, so ist dies äußerst Zeitaufwand ig. Bei dem in der US 6,216,508 B1 beschriebenen Dieless Forming Verfahren muss der Umformdorn die gesamte Blechplatine Kontur für Kontur mäanderförmig oder spiralförmig abfahren, was im Vergleich zum herkömmlichen Tiefziehen sehr lange dauert. Die Herstellung eines Karosserieteils eines Fahrzeugs, z.B. einer Motorhaube, dauert mit herkömmlichen Tiefziehverfahren wenige Sekunden bzw. Bruchteile von Sekunden. Würde man versuchen, ein solches Karosserieteil komplett nach dem Dieless Forming Verfahren, wie es in der US 6,216,508 B1 beschrieben ist, herzustellen, so würde dies viele Minuten, je nach Bauteil sogar bis zu mehrere Stunden dauern. Ein weiteres Problem, das bei der Herstellung kompletter Bauteile durch Anwendung des Dieless Forming Verfahrens auftritt, besteht darin, dass bei der inkrementellen Verformung eines Blechs, d.h. bei einer Umformung „Spur für Spur" sehr starke Veränderungen in der Kristallstruktur des Blechs auftreten. Versuche haben gezeigt, dass bei komplexeren Karosserieteilen, die aus ebenen, d.h. nicht vorgeformten Ausgangsblechen komplett durch „Dieless Forming" hergestellt werden, vielfach starke Oberflächenrauhigkeiten entstehen. Die Rauhigkeiten der Bauteiloberfläche sind häufig so stark, dass das Blechteil nach seiner Herstellung in der Regel nicht unmittelbar lackiert werden kann, sondern vor dem Lackieren aufwändig nachbearbeitet werden muss, z.B. durch Spachteln und Schleifen der Oberfläche oder durch andere „Glättungsbearbeitungen". Insgesamt sieht man sich bei der Dieless Forming Technologie bislang mit zahlreichen ungelösten Problemen konfrontiert. Das Dieless Forming Verfahren konnte sich daher im Kraftfahrzeugbau, insbesondere in der Serienfertigung von Karosserieteilen, bislang nicht durchsetzen.
Wie oben bereits erwähnt, besteht das Dilemma, dass sich mit herkömmlichen Tiefziehverfahren nicht beliebig komplexe Karosseriedesigns herstellen lassen. Ein weiteres Problem besteht darin, dass Tiefziehverfahren aufgrund der teueren Werkzeuge nur bei einer Großserienfertigung, d.h. ab bestimmten Mindestlosgrößen rentabel sind.
Insbesondere bei Premiumfahrzeugen haben viele Kunden ganz spezielle Ausstattungswünsche, die sich mit dem üblicherweise angebotenen Sonderausstattungsprogramm nicht immer befriedigen lassen. Viele Fahrzeughersteller bieten daher für einzelne Fahrzeugtypen bereits heute sogenannte „Individual- bzw. Kleinserienfahrzeuge" an. Im Karosseriebereich unterscheiden sich diese Individual- bzw. Kleinserienfahrzeuge aber häufig nicht oder nur wenig von den normalen Serienfahrzeugen. Der Grund hierfür ist, dass eine individuelle Gestaltung der Karosserieaußenhaut bisher kostendeckend nicht möglich ist. Die „Individualisierung" bei derartigen Fahrzeugen beschränkt sich heutzutage im Vergleich zu herkömmlichen Serienfahrzeugen häufig auf das Angebot ausgefallener Materialien für den Innenraum sowie auf ausgefallene Farben. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, mit dem Bauteile, insbesondere Außenhautteile für Fahrzeuge und insbesondere solche für Kleinbzw. Kleinstserienfahrzeuge, Kundenwünschen entsprechend individuell und gleichzeitig kostengünstig herstellbar sind bzw. ein diesen Anforderungen gerecht werdendes Außenhautteil zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 bzw. des Patentanspruches 31 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Das Grundprinzip des Dieless Forming Verfahrens ist, wie bereits erwähnt, an sich bekannt und z.B. in der eingangs erwähnten US 6,216,508 B1 beschrieben. Ausdrücklich wird darauf hingewiesen, dass der gesamte technische Inhalt der US 6,216 508 B1 Gegenstand der vorliegenden Patentanmeldung sein soll, auch wenn die Erfindung im Kern nicht auf das in der US 6,216,508 B1 beschriebene Verfahren gerichtet ist. Im Prüfungsverfahren der vorliegenden Patentanmeldung soll also bei Bedarf auf alle in der US 6,216 508 B1 offenbarten Merkmale in Alleinstellung oder in Kombination mit anderen Merkmalen der US 6,216 508 B1 oder des vorliegenden Textes zurückgegriffen werden können. Das Dieless Forming Verfahren an sich muss daher im vorliegenden Text nicht in allen Einzelheiten explizit erläutert werden.
Wenngleich sich die nachfolgende Beschreibung der Erfindung primär auf Serienaußenhautteile aus Blech bezieht, wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf Werkstücke aus Blech beschränkt ist. Eine Anwendung der Erfindung ist grundsätzlich bei allen Arten von Bauteilen, wie z.B. Strukturteilen, möglich. Die Erfindung ist auch nicht auf Bauteile aus Blech beschränkt. Eine Anwendung der Erfindung ist vielmehr auch bei Werkstücken aus Kunststoff, insbesondere bei Teilen aus thermoplastischem Kunststoff, oder anderen Materialien möglich.
Der Kern der Erfindung besteht primär darin, individuellen Kundenwünschen gerecht zu werden, indem ein in Serienfertigung hergestelltes „Serienaußenhautteil" durch Nachbearbeitung mit einem „Umformwerkzeug", das gegen das Serienaußenhautteil gedrückt und relativ zu dem Serienaußenhautteil verfahren wird, "individualisiert" wird.
Ein wesentlicher Unterschied zu der US 6,216 508 B1 besteht darin, dass die Nachbearbeitung an einem „vorgeformten Serienteil" erfolgt, das in seiner Gesamtheit gerade nicht nach dem in der US 6,216 508 B1 beschriebenen Verfahren hergestellt ist, sondern durch ein anderes Fertigungsverfahren, wie z.B. Tiefziehen. Nur ein Teilbereich oder mehrere Teilbereiche dieses vorgeformten Serienteils werden mit dem oben erwähnten Umformwerkzeug nachbearbeitet, nicht aber das gesamte Serienteil.
Dem vorgeformten „Serienteil", das an sich bereits ein halbfertiges oder fertiges Rohkarosserieteii darstellen kann, wird vor dem Einbau in eine Rohkarosserie durch eine „Nachbearbeitung" zusätzlich eine von herkömmlichen Serienfahrzeugen abweichende „Geometrie" bzw. „Kontur" eingeprägt. Halbfertigen oder fertigen Rohkarosserieteilen wie Fronthauben, Heckklappen, Türen, Seitenteilen, Kotflügeln, Dächern etc. können auf diese Weise Charakterlinien, Schriftzüge o.a. eingeprägt werden. Ferner können bereits im Serienaußenteil vorhandene Charakterlinien oder Bauteilkanten nachgezogen oder vertieft und somit stärker ausgeprägt werden, als dies bei den für herkömmliche Serienfahrzeuge verwendeten Serienaußenhautteilen möglich bzw. der Fall ist. Aus herkömmlichen Serienaußenhautteilen können durch eine derartige Nachbearbeitung mit einem Umformwerkzeug eine unendliche Vielzahl von Designabwandlungen hergestellt werden und zwar so kostengünstig, wie man es bislang nicht für möglich gehalten hat. Indem man serienähnliche Fahrzeuge in Kleinserien oder als Individualfahrzeuge anbietet, kann man den insbesondere bei hochpreisigen Fahrzeugen bestehenden Wünschen der Kunden nach Individualisierung besser gerecht werden. Fahrzeuge erlangen durch eine derartige Differenzierung eine individuelle „Design-Note" und heben sich somit von den übrigen Fahrzeugen des jeweiligen Fahrzeugtyps optisch deutlich ab.
Versuche haben gezeigt, dass im Unterschied zur Herstellung kompletter Blechteile aus ebenen Ausgangsblechen durch Dieless Forming, wie dies in der US 6,216 508 B1 beschrieben ist, bei einer lediglichen Nachbearbeitung bereits „vorgeformter" Blechteile (Serienaußenhautteile) die eingangs beschriebenen Oberflächenprobleme nicht auftreten. Insbesondere, bei einer „geringfügigen" Nachbearbeitung, z.B. bei der Herstellung von Charakterlinien oder bei der Akzentuierung bereits vorhandener Bauteilstrukturen, tritt nämlich eine nur relativ geringere Veränderung in der Kristallstruktur des Blechs auf. Die Oberflächengüte im Bereich solcher Charakterlinien, die durch eine Nachbearbeitung gemäß der Erfindung hergestellt wurden, ist so gut, dass eine aufwändige Oberflächennachbehandlung, wie dies beim Stand der Technik erforderlich ist, überflüssig ist. Das Bauteil kann also nach der Nachbearbeitung unmittelbar einem herkömmlichen Lackierprozess zugeführt werden.
Die Erfindung ist ausdrücklich nicht auf die Herstellung von Außenhautteilen für Kleinserien- oder Individualfahrzeuge beschränkt. Fahrzeuge werden im Laufe ihres Produktlebenszyklus häufig einer „Modellüberarbeitung" - einem sogenannten „Facelift" - unterzogen. Im Rahmen von Modellüberarbeitungen werden gelegentlich auch die Außenhautteile der Fahrzeuge in gewissem Umfang überarbeitet bzw. ansprechender gestaltet. Bisher war es hierbei erforderlich, neue Presswerkzeuge anzuschaffen bzw. vorhandene Presswerkzeuge entsprechend dem neuen Design anzupassen, was regelmäßig mit sehr hohen Werkzeugkosten verbunden ist. Mit dem im folgenden noch näher erläuterten Verfahren ist es nun möglich, mit den „alten" Presswerkzeugen hergestellte Außenhautteile zu überarbeiten bzw. nachzubearbeiten. Auf diesem Weg können zusätzliche Charakterlinien, Sicken etc. in die „alten Außenhautteile" eingeprägt werden, was eine „Modellüberarbeitung" mit wesentlich geringeren Kosten ermöglicht als dies bisher der Fall war.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass in eine bestehende Fertigungsstraße problemlos eine entsprechende „Nacharbeitsstation" integriert werden kann. Serienteile, die für Individualfahrzeuge oder für individualisierte Fahrzeuge oder für eine Modellüberarbeitung vorgesehen sind, werden in der „Nacharbeitsstation" nachbearbeitet. Serienteile für herkömmliche Serienfahrzeuge durchlaufen die Nacharbeitsstation ohne dass sie nachbearbeitet werden. Selbstverständlich ist eine Nachbearbeitung gemäß der Erfindung auch ausserhalb der Fertigungsstrasse in separaten Bearbeitungsstationen möglich. Wie bereits erwähnt besteht das Grundprinzip des Verfahrens gemäß der Erfindung darin, mittels eines Umformwerkzeugs, das z.B. dornartig gestaltet sein kann, eine dreidimensionale Kontur in ein Blechteil einzuprägen. Das Umformwerkzeug wird im folgenden auch als „Umformdorn" bezeichnet, was jedoch nicht einschränkend im Sinne einer bestimmten Werkzeugform zu verstehen ist.
Der „Umformdorn" wird bei der Nachbearbeitung eines Bauteils mit seinem Ende, das z.B. als Spitze oder als abgerundete Spitze ausgebildet sein kann, gegen das Bauteil gedrückt. Gleichzeitig werden das Bauteil und der Umformdorn relativ zueinander verschoben. Hierdurch wird entsprechend der Geometrie des Endes des Umformdoms und in Abhängigkeit von der Anpresskraft sowie dem „Einspann- bzw. Abstützzustand" des zu bearbeitenden Bauteils eine „Ein- bzw. Ausbuchtung" oder ganz allgemein gesprochen eine dreidimensionale Kontur hergestellt. Die herzustellende Kontur kann z.B. die Form einer Rille, eines Wulstes oder eine andere Form haben.
Die Erfindung umfasst sowohl eine „One-Curve-Nachbearbeitung" als auch in gewissem Umfang eine „inkrementelle Nachbearbeitung".
Bei der „One-Curve-Nachbearbeitung" wird das verwendete Umformwerkzeug an das nachzubearbeitende Bauteil angesetzt, gegen das Bauteil gedrückt und anschließend wird das Umformwerkzeug mit einer einzigen Verfahrbewegung relativ zu dem Bauteil verfahren. Die Nachbearbeitung erfolgt also, indem das Umformwerkzeug „in einem Zug" verfahren wird, wodurch die gewünschte Geometrie, z.B. eine Sicke, eine Charakterlinie o.a. in das Bauteil eingeprägt wird.
Demgegenüber wird das Umformwerkzeug bei der „inkrementellen Nachbearbeitung" mehrmals relativ zu dem nachzubearbeitenden Bauteil verfahren und inkrementell zugestellt. Eine in einem ersten Nacharbeitsgang hergestellte Geometrie, wie z.B. eine Sicke, kann durch eine entsprechende Zustellbewegung - im wesentlichen senkrecht zu dem nachzubearbeitenden Bauteil - in einem weiteren Nacharbeitsgang vertieft, d.h. stärker ausgeprägt werden. Alternativ oder ergänzend dazu kann eine in einem ersten Nacharbeitsgang hergestellte Geometrie, wie z.B. eine Sicke, durch eine geringfügige Verschiebung des Umfomwerkzeugs relativ zu dem Bauteil und im wesentlichen quer zur Verfahrrichtung des ersten Nacharbeitsgangs „verbreitert" und auf diese Weise stärker ausgeprägt werden. Durch eine mäanderartige Führung des Umformdoms oder durch wiederholtes Abfahren nahe nebeneinanderlieger „Bearbeitungstrajektorien" können auch größere dreidimensionale Ausbuchtungen, wie z.B. ausgeprägte Ansaugkanäle, der „Powerdome" einer Motorhaube oder ganz allgemein strukturelle Erhöhungen hergestellt werden.
Wie bereits erläutert, besteht jedoch der Kern der Erfindung nicht wie bei der US 6,216 508 B1 in der Herstellung kompletter Karosserieteile im Wege des Dieless Forming Verfahrens; dies wäre viel zu zeitaufwändig und unrentabel. Der Kern der Erfindung besteht vielmehr in der "nachträglichen" Bearbeitung bzw. Individualisierung einzelner Bereiche von halbfertigen oder fertigen Bauteilen, insbesondere von Rohkarosserieteilen.
„Fertig" bedeutet in diesem Zusammenhang, dass das Rohkarosserieteil an sich fertig für eine Lackierung wäre, zuvor aber noch in einem Bauteilbereich oder in mehreren Bauteilbereichen nachbearbeitet wird. Prinzipiell denkbar ist aber auch, bereits fertig lackierte Serienaußenhautbauteile durch eine Nachbearbeitung gemäß der Erfindung zu „individualisieren" bzw. zu differenzieren. „Halbfertig" bedeutet, dass das Rohkarosserieteil nach der Nachbearbeitung gemäß der Erfindung noch weiter nachbearbeitet wird, z.B. durch Nachbehandeln der Oberfläche, Beschneiden bzw. Abkanten von Bauteilrändern, Bohren von Löchern, Gewindeschneiden o.a. und erst anschließend lackiert wird.
Vor der Nachbearbeitung gemäß der Erfindung wird das Serienaußenhaut- oder das Rohkarosserieteil in eine Halteeinrichtung eingespannt. Die Halteeinrichtung kann beispielsweise durch eine Vielzahl einzelner „Haltepunkte" bzw. „Halteabschnitte" gebildet sind. Es ist auch möglich, saugnapfartige Halteelemente einzusetzen. Saugnapfartige Halteelemente haben den Vorteil, dass sich die Gefahr einer Beschädigung des Außenhautblechteils, insbesondere die Gefahr einer Beschädigung der Bauteiloberfläche, beim Einspannen und während der Bearbeitung verringert, da das Werkstück nicht zwischen zwei Halteelemente eingeklemmt, sondern durch Unterdruck fixiert wird. Vorzugsweise wird das Werkstück, d.h. das Serienaußenhautteil vor der Nachbearbeitung so eingespannt, dass sich seine Geometrie im Randbereich durch die Nachbearbeitung nicht verändert. Anders ausgedrückt sollen sich durch die Nachbearbeitung Anschlussmaße bzw. Spaltmaße, die sich beim späteren Einbau des Außenhautteils in eine Karosserie ergeben, in Bezug auf das „normale Serienfahrzeug" nicht verändern.
Je nach Komplexität der „nachträglich" herzustellenden Bauteilgeometrie kann das Serienaußenhautteil während der Nachbearbeitung entweder ausschließlich mittels einer Halteeinrichtung gehalten werden, z.B. in seinem Randbereich. Bei komplexeren Bauteilgeometrien bzw. bei dreidimensionalen Konturen, die einen starken Flächengradienten aufweisen, insbesondere bei relativ „scharfen" Kanten, können ein oder mehrere „Gegenhalter" bzw. Abstützelemente eingesetzt werden. Solche Gegenhalter bzw. Abstützelemente werden von der dem Umformdorn gegenüberliegenden Seite her, d.h. „von hinten her" gegen das Serienaußenhautteil gedrückt. Als Gegenhalter können kantenförmige oder gewölbte „Abstützelemente" verwendet werden. Alternativ dazu kann der Gegenhalter auch die Form einer
"Matrize" übernehmen, welche eine der herzustellenden dreidimensionalen Kontur entsprechende „Negativform" aufweist. Ein solcher Gegenhalter muss aber nicht notwendigerweise verwendet werden.
Werden zwei Gegenhalter verwendet, so ist vorzugsweise der eine Gegenhalter in Verfahrrichtung des Umformwerkzeugs links und der andere Gegenhalter in Verfahrrichtung rechts neben der herzustellenden Geometrie angeordnet. Bereits durch die Wahl bzw. die Veränderung des Abstands der Gegenhalter voneinander und durch den seitlichen Abstand der Gegenhalter von der herzustellenden Geometrie kann die herzustellende Geometrie in ihrer Form beeinflusst werden, was später noch näher erläutert wird.
Der Umformdorn kann beispielsweise eine glatte, konvex gekrümmte Werkzeugspitze aufweisen. Er kann symmetrisch oder asymmetrisch sein. Die Werkzeugspitze kann auch durch eine drehbar gelagerte Kugel gebildet sein, die bei der Bearbeitung des Serienaußenhautteils auf dem Serienaußenhautteil abrollt, wodurch sich die mechanische Beanspruchung des Serienaußenhautteils im Verformungsbereich verringert. Alternativ dazu kann auch ein „Rolldorn" verwendet werden, bei dem die Werkzeugspitze durch ein Rad bzw. durch eine Rolle gebildet ist. Es können auch Mehrfachdorne bzw. mehrarmige Umformdorne verwendet werden. Der Umformdorn muss aber nicht unbedingt eine runde bzw. gerundete Spitze aufweisen. Vielmehr kann auch ein Umformdorn mit einer relativ scharfkantig ausgebildeten Spitze verwendet werden. Alternativ dazu kann die Spitze auch flach auslaufend, radförmig, pflugförmig oder schiffsrumpfähnlich sein. Auch ein Umformdorn mit einer facettierten Werkzeugspitze ist denkbar.
Der Umformdorn muss auch nicht notwendigerweise aus Stahl bzw. Werkzeugstahl bestehen. Denkbar sind auch Umformdorne aus Kunststoff, Holz, Eis, Sand, Beton oder anderen Materialien. Die Werkzeugspitze des Umformdoms kann gehärtet, ungehärtet, beschichtet oder unbeschichtet sein. Sie kann z.B. mit einer verschleißfesten Einfach- oder Hybridbeschichtung versehen sein. Der Umformdorn kann dabei in bis zu sechs Achsen relativ zum Bauteil geführt werden, um das gewünschte „Formergebnis" zu erzielen. Der Umformdorn bzw. die Werkzeugspitze des Umformdoms können während der Nachbearbeitung auch um die Längsachse des Umformdoms rotiert bzw. oszilliert werden.
Es kann ein Umformdorn mit oder ohne Schmierung verwendet werden. Beispielsweise kann in den Umformdorn ein Schmiersystem integriert sein. Das Schmiersystem kann auch außen am Umformdorn angeordnet sein. Das Schmiersystem sorgt dafür, das die „Bearbeitungsstelle", d.h. die Stelle, an welcher der Umformdorn das Serienaußenhautteil berührt, ständig mit ausreichend Schmierflüssigkeit versorgt wird. Als Schmierflüssigkeit kann ein Schmieröl verwendet werden.
Ferner kann ein Umformdorn verwendet werden, dessen Werkzeugspitze während des Bearbeitungsvorganges verstellbar ist. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Breite der Werkzeugspitze quer zur Verfahrrichtung des Werkzeugdorns während des Bearbeitungsvorgangs verändert werden kann. Auf diese Weise können in einem einzigen Arbeitsgang Geometrien mit veränderlicher „Breite" hergestellt werden. Die Verfahrgeschwindigkeit, mit welcher der Umformdorn während der Nachbearbeitung relativ zum Serienaußenhautteil bewegt wird, muss nicht konstant sein. Vielmehr kann die Verfahrgeschwindigkeit in Abhängigkeit von dem momentanen „Umformgrad" des Serienaußenhautteils variiert werden. Bei kleineren Verformungsgraden kann eine höhere Verfahrgeschwindigkeit, bei größeren Verformungsgraden eine kleinere Verfahrgeschwindigkeit gewählt werden.
Sowohl der Umformdorn als auch das „Werkstück" können während der Bearbeitung bei Bedarf beheizt oder gekühlt werden oder Umgebungstemperatur haben. Bei Serienaußenhautteilen aus Blech, vor allem aber bei „Werkstücken" aus
Kunststoff kann es von Vorteil sein, den Umformdorn bzw. die Werkzeugspitze des
Umformdoms während der Bearbeitung des Serienaußenhautteils zu beheizen.
Eine Beheizung des Umformdoms führt zu einem Wärmeeintrag in den umzuformenden Bereich des Werkstücks, wodurch sich dessen Duktilität erhöht, was die Umformung erleichtert. Insbesondere bei Kunststoffteilen wird dadurch eine
Umformung erleichtert.
Alternativ oder ergänzend dazu kann auch unmittelbar das Serienaußenhautteil während der Nachbearbeitung vorgewärmt bzw. erhitzt werden. Das Serienaußenhautteil kann durch Heißluft, Heizstrahler, Laser oder durch eine andere Heizquelle erwärmt werden. Serienaußenhautteile können während der Nachbearbeitung bis knapp unter eine materialspezifische „Erweichungstemperatur" vorgewärmt und/oder mittels eines beheizten Umformdoms oder punktueller Zusatzerwärmung am Eingriffspunkt lokal auf eine geeignete „Umformtemperatur" erwärmt werden.
Das Werkstück kann vor der Nachbearbeitung auch durch andere Verfahren vorbehandelt werden. Es kann beispielsweise bestrahlt, beschichtet, geätzt, gehärtet, aufgeraut, geglättet, poliert, mit Schmierflüssigkeit besprüht oder geschliffen werden. Es kann vor der Nachbearbeitung auch durch Sandstrahlen vorbehandelt werden. Vorzugsweise erfolgt die Nachbearbeitung des Serienaußenhautteils vollautomatisch gesteuert. Der Umformdorn kann entweder als Bearbeitungswerkzeug einer CNC-Werkzeugmaschine ausgebildet sein, ähnlich wie bei der US 6,216 608 B1 , oder an einem Arm eines entsprechend programmierten Bear- beitungsroboters angeordnet sein. Selbstverständlich kann eine solche „Bearbeitungsstation" weitere „Werkzeuge" aufweisen, z.B. eine Laserschneideinrichtung, mit der das Außenhautblechteil zusätzlich noch beschnitten werden kann.
Im Folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 Ein Außenhautteii mit einer Formwulst, die durch eine
Nachbearbeitung gemäß der Erfindung hergestellt wurde;
Fig. 2, 3 Schnitte durch das Außenhautteil der Figur 1 ;
Fig. 4 das Grundprinzip der Nachbearbeitung eines Serienaußenhautteils gemäß der Erfindung;
Fig. 5 das Grundprinzip der Nachbearbeitung gemäß der Erfindung bei
Verwendung eines matrizenartigen Gegenhalters;
Fig. 6-8 Verschiedene Querschnitte eines nachträglich in ein vorgefertigtes Bauteil eingeprägten Formwulstes;
Fig. 9-11 Ausführungsbeispiele, bei denen das nachzubearbeitende Bauteil durch Gegenhalter abgestützt wird;
Fig. 12 eine schematische Darstellung einer möglichen Verfahrbewegung des Umformwerkzeugs;
Fig. 13 ein Ausführungsbeispiel, bei dem eine Frontklappe nachbearbeitet wird; und Fig. 14 einen matrizenartigen Gegenhalter.
Figur 1 zeigt ein Serienaußenhautblechteil 1 eines Fahrzeugs. Bei dem Serienaußenhautblechteil 1 der Figur 1 handelt es sich um eine „Türaußenhaut". In das Serienaußenhautblechteil 1 wurde "nachträglich" ein Formwulst 2 eingearbeitet, was im Zusammenhang mit den nachfolgenden Figuren noch näher erläutert wird.
Figur 2 zeigt einen Schnitt durch das Außenhautteil 1 der Figur 1 entlang der Schnittlinie A - A. Der Formwulst 2 hat eine Länge I und eine Tiefe t. Die Tiefe t des Formwulstes 2 hat im Bereich der z-Achse der Figur 2 ihr Maximum und nimmt zu den Enden der Formwulst 2 hin ab.
Figur 3 zeigt einen Querschnitt durch das Außenhautteil 1 entlang der Schnittlinie B - B der Figur 1. Es ist ersichtlich, dass der Formwulst 2 relativ scharfkantig ist. Derartige stark akzenturierte Charakterlinien sind mit herkömmlichen Tiefziehverfahren schwer bzw. gar nicht herstellbar.
Figur 4 beschreibt schematisch den Nachbearbeitungsvorgang des Serienaußenhautteils 1. Das Serienaußenhautteil 1 wird in eine hier nicht näher dargestellte Halteeinrichtung 3 eingespannt bzw. an einer Halteeinrichtung 3 fixiert. Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Serienaußenhautteil 1 lediglich in seinen Randbereichen an der Halteeinrichtung 1 befestigt. Anschließend wird ein Umformdom 4 an das Serienaußenhautteil 1 herangeführt und gegen das Serienaußenhautteil 1 mit einer vorgegebenen Andrückkraft gedrückt. In einem nächsten Schritt wird der Umformdorn 4 relativ zu dem Serienaußenhautteil 1 in Richtung des Pfeils 5 verfahren. Gleichzeitig erfolgt eine "Zustellbewegung" des Umformdoms 4 relativ zu dem Serienaußenhautteil 1 , wodurch der Formwulst 2 durch die Spitze 6 des Umformdoms 4 in das Serienaußenhautteil 1 eingeprägt wird.
Figur 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem mittels eines matrizenartigen Gegenhalters 7 von der dem Umformdorn 4 gegenüberliegenden Seite des Serienaußenhautteils 1 gegengedrückt wird. Das Serienaußenhautteil 1 wird also durch den matrizenartigen Gegenhalter 7 abgestützt, was problemlos die Herstellung einer scharfkantigen Kontur, wie in Figur 5 dargestellt, ermöglicht. Bei dem matrizenartigen Gegenhalter kann es sich um ein bauteilspezifisches Werkzeug oder um ein „Universalwerkzeug" handeln, das auch bei der Individualisierung anderer Serienaußenhautbauteile zum Einsatz kommen kann.
Die Figuren 6-8 zeigen verschiedene Querschnitte A-A, B-B bzw. C-C eines nachträglich in ein Serienaußenhautteil 1 eingeprägten Formwulstes 2.
Figur 6b zeigt einen Querschnitt entlang der Schnittlinie A-A. Die Figuren 6a, 6b zeigen ein Ausführungsbeispiel, bei dem in das Serienaußenhautteil 1 nachträglich ein stark akzentuierter Formwulst 2 eingeprägt wurde, wobei die „Spitze" des Formwulstes 2 weich gerundet ist,
Figur 7b zeigt den Querschnitt B-B. In diesem Bereich ist der Formwulst 2 weniger stark akzentuiert. Die „Spitze" des Formwulstes 2 weist hier im Vergleich zu Figur 6b einen größeren Krümmungsradius auf.
Figur 8b zeigt den Querschnitt C-C. In diesem Bereich ist der Formwulst 2 wieder stärker akzentuiert. Ähnlich wie bei Figur 6b weist die „Spitze" des Formwulstes 2 einen relativ kleinen Krümmungsradius auf.
Figur 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem das Serienaußenhautteil 1 während der Nachbearbeitung durch zwei im wesentlichen gleich breite Gegenhalter 8, 9 von der Seite, die dem Umformdorn 4 gegenüberliegt, abgestützt wird. Mit 1 ' ist die Kontur des Serienaußenhautteils vor der Nachbearbeitung angedeutet. Die „Spitze" des Umformdoms 4 ist hier stärker akzentuiert als bei dem in Fig. 10 gezeigten Umformdorn 4. Der Gegenhalter 8 ist in einem Abstand L1 von der „Mitte" des herzustellenden Formwulsts bzw. von der Spitze des Umformdoms 4 angeordnet, der Gegenhalter 9 in einem Abstand L2. Die Gegenhalter 8, 9 haben somit einen Abstand L3, der gleich der Summe der Abstände L1 und L2 ist. L1 ist hier kleiner als L2. Die Abstützung erfolgt also asymmetrisch in Bezug auf die Position der Spitze des Umformdoms 4. Durch Verändern der Abstände L1 , L2 bzw. L3 kann der Abstütz- bzw. Einspannzustand des Serienaußenhautteils 1 und dadurch bedingt auch die Form des herzustellenden Formwulsts verändert werden.
Figur 10 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Gegenhalter 8 breiter ist als der Gegenhalter 9. Hier erfolgt die Abstützung in Bezug auf die Spitze des Umformdoms 4 nur leicht asymmetrisch. L1 ist hier nämlich nur geringfügig größer als L2. Im Vergleich zu Figur 9 ist hier die Spitze des Umformdoms 4 stumpfer, was einen entsprechend weniger stark akzentuierten Formwulst ergibt.
Figur 1 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Gegenhalter 8, 9 in einem relativ geringen Abstand L3 voneinander angeordnet sind. Dies ermöglicht relativ große Verformungsgrade und, wie aus der Zeichnung ersichtlich, die Herstellung eines relativ stark akzentuierten Formwulsts.
Figur 12 zeigt den Verfahrweg des Umformwerkzeugs am Beispiel eines Serienaußenhautteils 1 , wie z.B. einer Motorhaube, in die zwei Charakterlinien 2a, 2b eingeprägt werden. Von einem Raumpunkt 10 aus, der hier als „Startpunkt" der Verfahrbewegung bezeichnet wird, wird das Umformwerkzeug (nicht dargestellt) zunächst auf das Serienaußenhautteil 1 abgesenkt. Das Umformwerkzeug wird dann unter Aufbringung einer geeigneten Andrückkraft gegen das Serienaußenhautteil 1 gedrückt entlang der herzustellenden Charakterlinie 2a verfahren. Nach der Herstellung der Charakterlinie 2a wird das Umformwerkzeug angehoben und erreicht den Raumpunkt 11. Von dort wird das Umformwerkzeug zum Raumpunkt 12 verfahren. Anschließend wird es erneut auf das Serienaußenhautteil 1 abgesenkt und entlang der herzustellenden Charakterlinie 2b verfahren. Nach der Herstellung der Charakterlinie 2b wird das Umformwerkzeug angehoben und erreicht den Raumpunkt 13.
Figur 13 zeigt die „Motorhaube" 1 der Figur 12 nach der Herstellung der Charakterlinien 2a und 2b. Zusätzlich wurde nach dem gleichen Verfahren ein mittiger Wulst 2c in das Motorhaubenblech geprägt, der nach oben aus der Motorhaube hervortritt, ähnlich wie dies in den Figuren 6-8 dargestellt ist. Figur 14 zeigt eine Matrize 14, die zur Herstellung eines Formwulstes, wie den Formwulst 2c der Figur 13, verwendet werden kann. Die Matrize 14 wird gegen das Serienaußenhautteil (hier nicht dargestellt) gedrückt und zwar von der dem Umformwerkzeug 4 gegenüberliegenden Seite. Die Matrize 14 ist zur teilweisen Abstützung der vom Umformwerkzeug 4 auf das Serienaußenhautteil ausgeübten Kräfte vorgesehen. Die Matrize 14 kann ähnlich wie in Figur 14 U-förmig, d.h. einseitig offen sein. Alternativ dazu kann sie auch geschlossen sein, vergleichbar einer Platte mit einem Langloch. Die Erfindung ist aber keineswegs auf eine bestimmte Matrizenform beschränkt, sondern deckt alle Matrizenformen ab. Wie aus Figur 14 ersichtlich ist, ist der innere Rand der Matrize 14 im „Einlaufbereich" des Umformwerkzeugs 4 schräg nach innen abgeflacht. In den seitlichen Bereichen 16 der Matrize 14 ist der innere Rand hingegen im wesentlichen senkrecht zu den Abstützflächen 17, 18 der Matrize 14, die während des Nachbearbeiturigsvorganges „von hinten her" gegen das Serienaußenhautteil drücken und dabei die vom Umformwerkzeug ausgeübten Kräfte abstützen. Vollständigkeitshalber sei noch der Verfahrweg 19 des Umformwerkzeugs erwähnt, der sich im wesentlichen mittig in Bezug auf die beiden Schenkel der Matrize 14 erstreckt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von Fahrzeugteilen, insbesondere von Außenhautteilen für Fahrzeuge, wobei aus einem Ausgangsmaterial ein dreidimensional vorgeformtes halbfertiges oder fertiges Serienteil (1), insbesondere ein Serienaußenhautteil, für einen in Serienproduktion gefertigten Fahrzeugtyp hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, das aus dem vorgeformten Serienteil (1) ein individualisiertes Teil hergestellt wird, indem mittels eines dornartigen Umformwerkzeugs (4), das von einer Seite gegen das Serienteil (1) gedrückt und gleichzeitig relativ zu dem Serienteil (1) verfahren wird, eine dreidimensionale Kontur (2) nachträglich in das Serienteil (1) eingeprägt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei das Ausgangsmaterial ein Blech und das Serienteil (1) sowie das daraus herzustellende Außenhautteil jeweils Blechteile sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei das Ausgangsmaterial ein Kunststoffmaterial und das Serienteil (1) sowie das daraus herzustellende Außenhautteil jeweils Kunststoffteile sind.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, wobei das Ausgangsmaterial ein thermoplastischer Kunststoff ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei das Serienteil (1) während der Verformung durch das dornartige Umformwerkzeug (4) in Randbereichen des Serienteils (1) durch eine Halteeinrichtung gehalten ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Halteeinrichtung eine Vielzahl von Haltepunkten aufweist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei Haltepunkte vorgesehen sind, die jeweils durch ein saugnapfartiges Halteelement gebildet sind, welche das Serienteil durch Unterdruck halten.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei das Serienteil (1) während der Verformung durch das dornartige Umformwerkzeug (4) ausschließlich in seinen Randbereichen durch die Halteeinrichtung gehalten und in den dazwischenliegenden Bauteilbereichen weder abgestützt noch anderweitig gehalten ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei das Serienteil (1 ) während der Verformung durch das dornartige Umformwerkzeug (4) durch die Halteeinrichtung gehalten und im dazwischenliegenden Bauteilbereich wenigstens an einer Stelle durch einen Gegenhalter (7) abgestützt ist, welcher auf der dem dornartigen Umformwerkzeug (4) gegenüberliegenden
Seite des Serienteils (1) angeordnet ist.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Gegenhalter (7) ein matrizenartiges Bauteil ist, das als Negativform in Bezug auf die herzustellende dreidimen- sionale Kontur fungiert.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das dornartige Umformwerkzeug (4) eine glatte, konvex gekrümmte Werkzeugspitze aufweist.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , wobei die Werkzeugspitze des dornartigen . Umformwerkzeugs (4) durch eine drehbar gelagerte Kugel gebildet ist, die bei der Bearbeitung des Serienteils (1) auf dem Serienteil (1) abrollt.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das dornartige Umformwerkzeug (4) eine verstellbare Werkzeugspitze aufweist, deren Breite quer zur Verfahrrichtung des dornartigen Umformwerkzeugs (4) relativ zu dem Serienteil (1) während des Bearbeitungsvorgangs verändert wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das dornartige Umformwerkzeug während der Verformung des Serienteils (1) zumindest im Bereich der Werkzeugspitze beheizt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei das Serienteil (1) während der Verformung durch eine Heizquelle erwärmt bzw. erhitzt wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei das Umformwerkzeug während der Verformung des Serienteils (1) um eine Längsachse des
Umformwerkzeugs rotiert wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei der Umformdorn während der Verformung des Serienteils (1) um eine Längsachse des Umformdoms oszilliert wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei mit dem dornartigen Umformwerkzeug (4) designrelevante, linienartige Charakterkonturen in das Serienteil (1) eingeprägt werden.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 , 2 oder 5 bis 18, wobei das Serienteil ein Pressteil ist, das mittels eines Pressformwerkzeugs hergestellt wird.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 , 2 oder 5 bis 19, wobei das Serienteil ein durch Tiefziehen hergestelltes Blechteil ist.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei eine im Serienteil bereits vorhandene Kontur durch Nachbearbeitung mit dem dornartigen
Umformwerkzeug (4) nachgezogen bzw. vertieft wird.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21 , wobei das Serienteil (1) eine Fronthaube, Heckklappe, Tür, ein Seitenteil, Kotflügel oder Dach ist.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, wobei das dornartige Umformwerkzeug (4) an einem Arm eines Roboters angeordnet ist.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 23, wobei das dornartige Umformwerkzeug Teil einer CNC-Werkzeugmaschine ist.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 24, wobei das dornartige Umformwerkzeug während der Bearbeitung des Serienteils (1) um seine Längsachse rotiert, wodurch sich zwischen der Spitze des Umformdoms und dem Serienteil (1) ein bohrreibungsähnlicher Berührkontakt ergibt.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 25, wobei das Serienteil (1) während der Verformung so gehalten wird, dass seine Geometrie in seinen Randbereichen in Bezug auf seinen Ausgangszustand nicht verändert wird, insbesondere, dass sich Anschlussmaße bzw. Spaltmaße, die sich beim späteren Einbau in eine Rohkarosserie ergeben, in Bezug auf das Serienteil in seinem Ausgangszustand nicht verändern.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 26, wobei die in dem Serienteil (1) nachträglich herzustellende dreidimensionale Kontur (2) durch einmaliges
Verfahren des dornartigen Umformwerkzeugs (4) in einem einzigen Zug hergestellt wird.
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 26, wobei die in dem Serienteil (1 ) nachträglich herzustellende dreidimensionale Kontur (2) durch mehrmaliges Verfahren und inkrementeller Zustellung des dornartigen Umformwerkzeugs (4) hergestellt wird.
29. Verfahren nach Anspruch 28, wobei das dornartige Umformwerkzeug (4) von einem Nacharbeitsgang zum nächsten Nacharbeitsgang im wesentlichen senkrecht in Bezug auf das Serienteil (1 ) zugestellt wird, so dass die Kontur von einem Nacharbeitsgang zum nächsten Nacharbeitsgang vertieft wird.
30. Verfahren nach Anspruch 28 oder 29, wobei das dornartige Umformwerkzeug (4) von einem Nacharbeitsgang zum nächsten Nacharbeitsgang im wesentlichen quer zur Verfahrrichtung des Umformwerkzeugs (4) zugestellt wird, so dass die Kontur von einem Nacharbeitsgang zum nächsten Nacharbeitsgang verbreitert wird.
31. Außenhautteil, das aus einem Serienteil (1) gemäß dem in einem der Ansprüche 1 bis 30 beschriebenen Verfahren hergestellt ist.
32. Außenhautteil nach Anspruch 31 , wobei das Serienteil (1) aus Blech ist.
33. Außenhautteil nach Anspruch 31, wobei das Serienteil (1) aus Kunststoff ist.
EP04711311A 2003-05-28 2004-02-14 Verfahren zur herstellung individualisierter fahrzeugteile, insbesondere individualisierter aussenhautteile aus in serienfertigung hergestellten serienteilen Expired - Lifetime EP1626824B1 (de)

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