DE102017107061A1

DE102017107061A1 - Verfahren zum Herstellen eines Bauteils

Info

Publication number: DE102017107061A1
Application number: DE102017107061.3A
Authority: DE
Inventors: Andreas HIGLE
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2017-04-03
Filing date: 2017-04-03
Publication date: 2018-10-04

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils (20).Um das Herstellen von Bauteilen, insbesondere für Kraftfahrzeuge, zu vereinfachen, wird bei der Herstellung des Bauteils (20) einem generativen Verfahren mit einem konventionellen Urformverfahren kombiniert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Bauteil, insbesondere für ein Kraftfahrzeug.
Zur Herstellung von Bauteilen, insbesondere für Kraftfahrzeuge, sind urformende und formändernde Fertigungsverfahren bekannt. Zu den urformenden Fertigungsverfahren gehört zum Beispiel Gießen. Zu den formändernden Fertigungsverfahren gehört zum Beispiel Umformen, Trennen und Fügen. Diesen Verfahren ist gemeinsam, dass sie geeignet sind, in einer großindustriellen Fertigung Bauteile in großen Stückzahlen herzustellen, wie sie in der Automobilindustrie üblich sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, das Herstellen von Bauteilen, insbesondere für Kraftfahrzeuge, zu vereinfachen.
Die Aufgabe ist bei einem Verfahren zum Herstellen eines Bauteils dadurch gelöst, dass bei der Herstellung des Bauteils ein konventionelles Urformverfahren mit einem generativen Verfahren kombiniert wird. Bei dem Bauteil handelt es sich vorzugsweise um ein Bauteil eines Kraftfahrzeugs. Das Bauteil umfasst vorzugsweise mindestens zwei Bereiche mit unterschiedlich komplex gestalteten Geometrien. Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Teil oder ein Bereich des Bauteils generativ hergestellt und mit dem konventionellen Urformverfahren vervollständigt. Bei dem konventionellen Urformverfahren handelt es sich vorzugsweise um ein herkömmliches Gießverfahren. Bei dem generativen Verfahren handelt es sich vorzugsweise um ein Rapid-Prototyping-Verfahren, das auch als 3D-Druckverfahren bezeichnet wird. Unter diesem Namen sind additive Fertigungsverfahren, die auch als generative Verfahren bezeichnet werden, bekannt geworden. Bei einer additiven Herstellung wird ein Werkstoff zur Erzeugung eines Bauteils zum Beispiel schichtweise hinzugefügt. Ein Rapid-Prototyping-Verfahren eignet sich, wie der Name schon sagt, zum schnellen Erzeugen von Prototypen. Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 195 34 820 A1 ist ein Rapid-Prototyping-Verfahren, insbesondere ein Lasersinterverfahren bekannt, mit dem ein Modell erzeugt wird, das zum Beispiel in einer Spannungsmesseinrichtung geprüft wird. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird eine Mischbauweise realisiert, in der ein konventionelles Urformverfahren mit einem generativen, insbesondere additiven, Verfahren kombiniert wird. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Teil oder ein Bereich des Bauteils konventionell urgeformt und mit dem generativen Verfahren vervollständigt. Dabei wird mit dem konventionellen Urformverfahren mindestens ein Bereich des Bauteils erzeugt, der eine eher einfache Geometrie aufweist. So kann vorzugsweise der Hauptteil des Bauteils besonders kostengünstig mit dem konventionellen Urformverfahren hergestellt werden.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass mit dem generativen Verfahren mindestens ein Bereich des Bauteils erzeugt wird, der eine eher komplexe Geometrie aufweist. Die komplexe Geometrie umfasst zum Beispiel eine komplexe Rippenstruktur, die mit einem konventionellen Urformverfahren nicht ohne weiteres, insbesondere nicht ohne aufwendige Nachbearbeitung, darstellbar ist. Der Bereich mit der eher komplexen Geometrie nimmt vorzugsweise einen eher kleineren oder deutlich kleineren Teil des Bauteils ein. Das liefert den Vorteil, dass die mit dem generativen Verfahren verbundenen eher hohen Kosten auch bei sehr großen Stückzahlen, wie sie in der Automobilindustrie auftreten, handhabbar bleiben.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass mit dem generativen Verfahren mindestens ein Bereich des Bauteils erzeugt wird, der mindestens einen Hohlraum aufweist. Die Darstellung von Hohlräumen erfordert bei konventionellen Urformverfahren, insbesondere beim Gießen, einen enormen Aufwand. Dieser Aufwand kann durch die beanspruchte Mischbauweise vorteilhaft reduziert werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der mit dem generativen Verfahren erzeugte Bereich des Bauteils eine deutlich geringere Wandstärke als der mit dem konventionellen Urformverfahren erzeugte Bereich des Bauteils aufweist. Deutlich geringer bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Wandstärke in dem mit dem konventionellen Urformverfahren erzeugten Bereich des Bauteils mehr als doppelt so groß wie die Wandstärke in dem mit dem generativen Verfahren erzeugten Bereich des Bauteils ist. Die Wandstärke des Bauteils kann vorteilhaft in dem mit dem generativen Verfahren erzeugten Bereich auch mehr als zehnmal so klein wie die Wandstärke in dem mit dem konventionellen Urformverfahren erzeugten Bereich des Bauteils sein.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das generative Verfahren ein dreidimensionales Druckverfahren ist. Bei dem dreidimensionalen Druckverfahren handelt es sich zum Beispiel um ein Lasersinterverfahren, wie es in der deutschen Offenlegungsschrift DE 195 34 820 A1 beschrieben ist. Bei dem Material, aus dem der Bereich des Bauteils mit dem generativen Verfahren erzeugt ist, handelt es sich vorzugsweise um ein Metall. Bei dem Metall wiederum kann es sich um ein Aluminiummaterial oder auch um ein Stahlmaterial handeln.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das konventionelle Urformverfahren ein Gießverfahren ist. Beim Gießen kann ein herkömmliches Gussmaterial verwendet werden. Bei dem Gussmaterial handelt es sich vorzugsweise um ein Metall, wie zum Beispiel Aluminium.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der mit dem generativen Verfahren erzeugte Bereich des Bauteils in dem mit dem konventionellen Urformverfahren erzeugten Bereich des Bauteils einen Kern darstellt, der in dem Bauteil verbleibt. Dadurch wird die Herstellung eines Gusswerkzeugs zum Gießen des Bauteils erheblich vereinfacht.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Bauteil mit mindestens einem ersten Bereich, der eine mit einem generativen Verfahren erzeugte Geometrie aufweist, und mit mindestens einem zweiten Bereich, der eine mit einem konventionellen Urformverfahren erzeugte Geometrie aufweist. Das Bauteil ist vorzugsweise gemäß einem vorab beschriebenen Verfahren hergestellt. Bei dem Bauteil handelt es sich vorzugsweise um einen Bremssattel eines Kraftfahrzeugs.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:

1 eine dreidimensionale Darstellung eines ersten Bereichs eines Bauteils, der mit einem generativen Verfahren erzeugt ist, und
2 ein Bauteil, bei dem der mit dem generativen Verfahren erzeugte Bereich aus 1 mit einem zweiten Bereich umgossen ist.

In 1 ist ein Kernteil 1 für ein Bauteil 20, wie es in 2 dargestellt ist, perspektivisch und teilweise durchsichtig dargestellt. Das Kernteil 1 umfasst zwei Hohlprofilteile 2 und 3, die durch ein Hohlprofilteil 4 einstückig miteinander verbunden sind. Die Hohlprofilteile 2 und 3 haben jeweils einen rechteckigen Hohlprofilquerschnitt. Das Hohlprofilteil 4 hat einen runden Hohlprofilquerschnitt.
Das Kernteil 1 ist in einem dreidimensionalen Druckverfahren, insbesondere durch Lasersintern, aus Metall hergestellt. Das Kernteil 1 wird im Rahmen des beanspruchten Verfahrens als verbleibender Kern in einem konventionellen Gießverfahren verwendet.
In 2 ist das in einem konventionellen Gießverfahren vervollständigte Bauteil 20 perspektivisch und teilweise durchsichtig dargestellt. Das Kernteil 1 aus 1 stellt in dem Bauteil 20 einer ersten Bereich 21 dar. Dieser erste Bereich 21 ist in einem konventionellen Gießverfahren mit einem zweiten Bereich 22 umgossen, der ein Gussteil 25 darstellt.
Der zweite Bereich 22 wird in dem konventionellen Gießverfahren mit einem geeigneten Gusswerkstoff, zum Beispiel Aluminium, dargestellt. Der erste Bereich 21, also das Kernteil 1, dient vorteilhaft zur Darstellung von zwei Hohlräumen 23, 24 in dem Bauteil 20. Die beiden Hohlräume 23, 24 sind durch das Hohlprofilteil 24 in dem Bauteil 20 miteinander verbunden.
Der erste Bereich 21 weist in dem Bauteil 20 eine deutlich geringere Wandstärke als der zweite Bereich 22 auf. Dabei ist der erste Bereich 21 vorteilhaft ebenfalls aus einem metallischen Material gebildet.
Je nach Ausführung ist der erste Bereich 21 aus dem gleichen oder aus einem ähnlichen Material wie der zweite Bereich 22 gebildet. Die beiden Bereiche 21, 22 können aber auch aus unterschiedlichen Materialien gebildet sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19534820 A1 [0004, 0008]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Bauteils (20), dadurch gekennzeichnet, dass bei der Herstellung des Bauteils (20) ein Teil oder ein Bereich des Bauteils (10) generativ hergestellt wird und mit einem konventionellen Urformverfahren vervollständigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem generativen Verfahren mindestens ein Bereich (21) des Bauteils (20) erzeugt wird, der eine komplexe Geometrie aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem konventionellen Urformverfahren mindestens ein Bereich (22) des Bauteils (20) erzeugt wird, der eine einfache Geometrie aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem generativen Verfahren mindestens ein Bereich (21) des Bauteils (20) erzeugt wird, der mindestens einen Hohlraum (23,24) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der mit dem generativen Verfahren erzeugte Bereich (21) des Bauteils (20) eine deutlich geringere Wandstärke als der mit dem konventionellen Urformverfahren erzeugte Bereich (22) des Bauteils (20) aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das generative Verfahren ein dreidimensionales Druckverfahren ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das konventionelle Urformverfahren ein Gießverfahren ist.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der mit dem generativen Verfahren erzeugte Bereich (21) des Bauteils (20) in dem mit dem konventionellen Urformverfahren erzeugten Bereich (22) des Bauteils (20) einen Kern darstellt, der in dem Bauteil verbleibt.
Bauteil (20) mit mindestens einem ersten Bereich (21), der eine mit einem generativen Verfahren erzeugte Geometrie aufweist, und mit mindestens einem zweiten Bereich (22), der eine mit einem konventionellen Urformverfahren erzeugte Geometrie aufweist.