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EINLEITUNG
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Der Gegenstand der Offenbarung bezieht sich auf das Gebiet der Fertigung und insbesondere auf eine Formungsvorrichtung für verstärkte Mehrkomponentenbauteile.
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Viele Fahrzeugbauteile werden durch Stanzpressen, Vakuumformen, Gießen und dergleichen hergestellt. Die Herstellung eines Stanzpresswerkzeugs oder einer Form zum Formen von Bauteilen ist ein zeitaufwändiger und sehr kostspieliger Prozess. Ein Stanzpresswerkzeug kann eine Million Dollar oder mehr kosten. Normalerweise wird ein Stanzpresswerkzeug durch Subtraktion geformt. Zum Beispiel wird ein Metallblock gefräst, bearbeitet und gebohrt, um eine gewünschte Form zu bilden. Sobald die gewünschte Form gebildet ist, wird ein Polierprozess eingeleitet. Der Subtraktionsprozess ist zeitaufwändig und sehr verschwenderisch.
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Andere Bauteilformungsvorrichtungen, Spritzgussformen, Vakuumformen und dergleichen sind ebenso kostspielig und zeitaufwändig in der Herstellung und führen zu einer erheblichen Menge an Materialverschwendung. Die Notwendigkeit, die Werkzeuginvestitionen bei der Herstellung von Automobilen zu reduzieren, ist ein seit langem bestehendes Problem. Insbesondere besteht die Notwendigkeit, die Werkzeuginvestitionen für limitierte Fahrzeugserien zu reduzieren, um die Fahrzeugkosten auf einem vertretbaren Niveau zu halten und gleichzeitig einen Gewinn für den Hersteller zu erzielen. Dementsprechend würde die Industrie eine kostengünstige, leicht herstellbare Vorrichtung zum Formen von Bauteilen für die Fahrzeugherstellung begrüßen.
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KURZDARSTELLUNG
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Eine Formungsvorrichtung für verstärkte Mehrkomponentenbauteile gemäß einem nicht einschränkenden Beispiel beinhaltet ein Formungselement, das eine erste Seite, die eine Verschleißfläche beinhaltet, die einen bauteilförmigen Hohlraum definiert, eine gegenüberliegende zweite Seite, die einen dem bauteilförmigen Hohlraum entsprechenden Vorsprung beinhaltet, und eine Umfangskante aufweist. Ein Rahmen erstreckt sich um die Umfangskante. Der Rahmen beinhaltet eine erste Kante, die angrenzend an die Verschleißfläche angeordnet ist, und eine zweite Kante, die von der gegenüberliegenden zweiten Seite beabstandet ist. Der Rahmen und die gegenüberliegende zweite Seite bilden einen Hohlraum. In dem Hohlraum ist eine Vielzahl von Verstärkungselementen angeordnet. Eine erste Teilanzahl der Vielzahl von Verstärkungselementen trägt die gegenüberliegende zweite Seite und eine zweite Anzahl der Vielzahl von Verstärkungselementen trägt den Vorsprung. In dem Hohlraum ist eine Menge an verstärkendem Trägermaterial angeordnet.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der vorstehend oder nachstehend beschriebenen Merkmale oder als Alternative können weitere Ausführungsformen beinhalten, dass die Vielzahl von Verstärkungselementen ein dreidimensionales (3D) Gitter bildet.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der vorstehend oder nachstehend beschriebenen Merkmale oder als Alternative können weitere Ausführungsformen beinhalten, dass das Formungselement einen ersten Abschnitt, der den bauteilförmigen Hohlraum definiert, und einen zweiten Abschnitt beinhaltet, der eine im Wesentlichen ebene Fläche definiert, welche die erste Seite und die zweite Seite aufweist.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der vorstehend oder nachstehend beschriebenen Merkmale oder als Alternative können weitere Ausführungsformen beinhalten, dass der zweite Abschnitt ein Bauteilmerkmal beinhaltet, das sich in den bauteilförmigen Hohlraum erstreckt.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der vorstehend oder nachstehend beschriebenen Merkmale oder als Alternative können weitere Ausführungsformen ein erhabenes Element beinhalten, das in dem bauteilförmigen Hohlraum angebracht ist.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der vorstehend oder nachstehend beschriebenen Merkmale oder als Alternative können weitere Ausführungsformen beinhalten, dass der bauteilförmige Hohlraum eine Öffnung beinhaltet, wobei das erhabene Element in dem bauteilförmigen Hohlraum in der Öffnung angebracht ist.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der vorstehend oder nachstehend beschriebenen Merkmale oder als Alternative können weitere Ausführungsformen darin bestehen, dass das Formungselement aus Blech gebildet ist.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der vorstehend oder nachstehend beschriebenen Merkmale oder als Alternative können weitere Ausführungsformen beinhalten, dass der erste Abschnitt mechanisch mit dem zweiten Abschnitt verbunden ist.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der vorstehend oder nachstehend beschriebenen Merkmale oder als Alternative können weitere Ausführungsformen beinhalten, dass der erste Abschnitt chemisch mit dem zweiten Abschnitt verbunden ist.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der vorstehend oder nachstehend beschriebenen Merkmale oder als Alternative können weitere Ausführungsformen beinhalten, dass die Menge an verstärkendem Trägermaterial ein volumenstabiles Material umfasst.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der vorstehend oder nachstehend beschriebenen Merkmale oder als Alternative können weitere Ausführungsformen beinhalten, dass das volumenstabile Material Epoxidharz umfasst.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der vorstehend oder nachstehend beschriebenen Merkmale oder als Alternative können weitere Ausführungsformen beinhalten, dass das volumenstabile Material zementhaltigen Mörtel umfasst.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der vorstehend oder nachstehend beschriebenen Merkmale oder als Alternative können weitere Ausführungsformen beinhalten, dass das volumenstabile Material eine Kirksit-Gusslegierung umfasst.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der vorstehend oder nachstehend beschriebenen Merkmale oder als Alternative können weitere Ausführungsformen beinhalten, dass die Vielzahl von Verstärkungselementen mit dem Formungselement verbunden ist.
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Ein Verfahren zum Bilden einer Formungsvorrichtung für verstärkte Mehrkomponentenbauteile gemäß einem nicht einschränkenden Beispiel beinhaltet Erzeugen eines Formungselements, das eine Verschleißfläche, die einen bauteilförmigen Hohlraum beinhaltet, und eine gegenüberliegende Fläche aufweist, die einen Vorsprung beinhaltet, der dem bauteilförmigen Hohlraum entspricht, Verbinden einer Vielzahl von Verstärkungselementen, um ein Verstärkungsgitter zu bilden, Verbinden des Verstärkungsgitters mit der gegenüberliegenden Fläche und dem Vorsprung, Erzeugen eines Rahmens um das Formungselement und das Verstärkungsgitter und Tragen des Formungselements und des Verstärkungsgitters mit einem verstärkenden Trägermaterial.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der vorstehend oder nachstehend beschriebenen Merkmale oder als Alternative können weitere Ausführungsformen beinhalten, dass das Erzeugen des Formungselements Biegen eines Blechstücks zum Bilden des bauteilförmigen Hohlraums beinhaltet.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der vorstehend oder nachstehend beschriebenen Merkmale oder als Alternative können weitere Ausführungsformen beinhalten, dass das Erzeugen des Formungselements Bilden eines Elements beinhaltet, das eine im Wesentlichen ebene Fläche aufweist, die ein Bauteilmerkmal beinhaltet, das sich in den bauteilförmigen Hohlraum erstreckt.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der vorstehend oder nachstehend beschriebenen Merkmale oder als Alternative können weitere Ausführungsformen beinhalten, dass das Erzeugen des Formungselements Verbinden des Elements, das die im Wesentlichen ebene Fläche aufweist, mit dem Blechstück beinhaltet.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der vorstehend oder nachstehend beschriebenen Merkmale oder als Alternative können weitere Ausführungsformen Polieren des Elements, das die im Wesentlichen ebene Fläche beinhaltet, und des Blechstücks beinhalten, um Verbindungsstellen zu glätten und Unvollkommenheiten zu beseitigen.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der vorstehend oder nachstehend beschriebenen Merkmale oder als Alternative können weitere Ausführungsformen Herstellen eines Designs in der Verschleißfläche des bauteilförmigen Hohlraums beinhalten.
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Die vorstehend genannten Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der Offenbarung sind aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ohne Weiteres ersichtlich.
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Figurenliste
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Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten sind nur beispielhaft in der folgenden detaillierten Beschreibung enthalten, die sich auf die Zeichnungen bezieht, in denen:
- 1 eine perspektivische Ansicht einer Formungsvorrichtung für verstärkte Mehrkomponentenbauteile gemäß einem nicht einschränkenden Beispiel ist;
- 2 eine perspektivische Ansicht eines ersten Abschnitts eines Formungselements der Formungsvorrichtung für verstärkte Mehrkomponentenbauteile gemäß einem nicht einschränkenden Beispiel ist;
- 3 eine perspektivische Ansicht eines zweiten Abschnitts des Formungselements der Formungsvorrichtung für verstärkte Mehrkomponentenbauteile gemäß einem nicht einschränkenden Beispiel ist;
- 4 eine perspektivische Ansicht eines erhabenen Elements der Formungsvorrichtung für verstärkte Mehrkomponentenbauteile gemäß einem nicht einschränkenden Beispiel ist;
- 5 eine perspektivische Ansicht einer ersten Fläche des ersten Abschnitts und des zweiten Abschnitts ist, die verbunden sind, um ein Formungselement der Formungsvorrichtung für verstärkte Mehrkomponentenbauteile zu bilden, gemäß einem nicht einschränkenden Beispiel;
- 6 eine perspektivische Ansicht einer zweiten gegenüberliegenden Fläche des Formungselements aus 5 gemäß einem nicht einschränkenden Beispiel ist;
- 7 eine perspektivische Ansicht des Formungselements nach einem Poliervorgang gemäß einem nicht einschränkenden Beispiel ist;
- 8 eine perspektivische Ansicht der zweiten gegenüberliegenden Fläche des Formungselements ist, das eine Vielzahl von Verstärkungselementen beinhaltet, die ein dreidimensionales Gitter bildet, gemäß einem nicht einschränkenden Beispiel;
- 9 eine perspektivische Ansicht des Formungselements und des dreidimensionalen Gitters ist, die von einem Rahmen umgeben sind und von einer Menge an verstärkendem Trägermaterial getragen werden, gemäß einem nicht einschränkenden Beispiel;
- 10 das Formungselement aus 9 darstellt, das ein volumenstabiles Trägermaterial beinhaltet, welches das dreidimensionale Gitter trägt;
- 11 Verzierungen darstellt, die an Verschleißflächen eines bauteilförmigen Hohlraums des Formungselements gebildet sind, gemäß einem nicht einschränkenden Beispiel; und
- 12 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Erzeugen einer Formungsvorrichtung für verstärkte Mehrkomponentenbauteile gemäß einem nicht einschränkenden Beispiel darstellt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Die folgende Beschreibung hat lediglich beispielhaften Charakter und ist nicht dazu bestimmt, die vorliegende Offenbarung, ihre Anwendung oder ihren Gebrauch einzuschränken. Es versteht sich, dass in den Zeichnungen entsprechende Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale bezeichnen.
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Eine Formungsvorrichtung für verstärkte Mehrkomponentenbauteile ist in 1 gemäß einem nicht einschränkenden Beispiel allgemein mit 10 bezeichnet. Die Formungsvorrichtung für verstärkte Mehrkomponentenbauteile 10 beinhaltet ein durch einen Rahmen 16 getragenes Formungselement 14, das durch eine Vielzahl von Verstärkungselementen 18 getragen wird (8). Die Verstärkungselemente 18 werden außerdem durch eine Menge an volumenstabilem verstärkendem Trägermaterial 22 getragen (10). Wie im Folgenden näher erläutert wird, kann die verstärkte Mehrkomponentenfahrzeugbauteilformungsvorrichtung 10 als Stanzpresswerkzeug, Vakuumform, Spritzgussform oder dergleichen verwendet werden, um eine Komponente für ein Fahrzeug zu bilden. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die Bauteilformungsvorrichtung gemäß den nicht einschränkenden Beispielen zwar im Hinblick auf das Formen einer Fahrzeugkomponente beschrieben wird, jedoch zur Formung einer breiten Palette von Komponenten in verschiedenen Industriezweigen verwendet werden kann.
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In einem nicht einschränkenden Beispiel, das in 2 und unter weiterer Bezugnahme auf 1 dargestellt ist, beinhaltet das Formungselement 14 einen ersten Abschnitt 28 mit einem Basisabschnitt 32 und einer Vielzahl von Verschleißflächen 34-39. Der erste Abschnitt 28 ist eine einheitliche Komponente und kann durch Falten von Blech oder dergleichen hergestellt sein. Der Basisabschnitt 32 und die Vielzahl von Verschleißflächen 34-39 bilden einen Abschnitt eines bauteilförmigen Hohlraums 40. Der bauteilförmige Hohlraum 40 weist eine Geometrie einer Fahrzeugkomponente (nicht gezeigt) auf. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann der Basisabschnitt 32 eine Öffnung 43 beinhalten und es kann ein Spalt 45 zwischen ausgewählten benachbarten Verschleißflächen 34-39 vorliegen. In dem gezeigten nicht einschränkenden Beispiel ist der Spalt 45 zwischen der Verschleißfläche 35 und der Verschleißfläche 36 angeordnet.
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In einem nicht einschränkenden Beispiel, das in 3 gezeigt ist, beinhaltet das Formungselement 14 auch einen zweiten Abschnitt 48, der, wie hier näher erläutert wird, mit dem ersten Abschnitt 28 verbunden ist. In einem nicht einschränkenden Beispiel beinhaltet der zweite Abschnitt 48 eine ebene Fläche 52, die eine erste Seite 54, eine zweite Seite 56, die der ersten Seite 54 gegenüberliegt, eine äußere Umfangskante 58 und eine innere Umfangskante 59 aufweist, die eine Öffnung (nicht gesondert gekennzeichnet) definieren, die dem ersten Abschnitt 28 entspricht. Ein Bauteilmerkmal 60 springt von der inneren Umfangskante 59 nach außen vor.
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Der zweite Abschnitt 48 ist ein einheitliches Element, das aus einem einzigen Stück Material, wie z. B. Blech, gebildet ist. Wenn der erste Abschnitt 28 mit dem zweiten Abschnitt 48 verbunden wird, greift das Teilmerkmal 60 in den Spalt 45 ein und bildet zwei zusätzliche Verschleißflächen 61 und 62. Der erste Abschnitt 28 erzeugt auch einen Vorsprung 68, der sich von der zweiten Seite 56 nach außen erstreckt, wie in 6 gezeigt. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann ein erhabenes Element 70, wie es in 4 dargestellt ist, in den ersten Abschnitt 28 integriert sein. Genauer kann das erhabene Element 70 die Form einer additiv gefertigten Komponente 74 aufweisen, die, wenn sie in die Öffnung 43 eingesetzt wird, ein Merkmal wie einen Ansatz oder dergleichen im Basisabschnitt 32 erzeugt.
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In einem nicht einschränkenden Beispiel ist der erste Abschnitt 28 mit dem zweiten Abschnitt 48 verbunden, wie in 5 und 6 gezeigt. Beim Verbinden wird eine Vielzahl von Nähten (nicht gesondert gekennzeichnet) an der Schnittstelle zwischen den Verschleißflächen 34-39 und der inneren Umfangskante 59 gebildet. Zusätzliche Nähte (ebenfalls nicht gesondert gekennzeichnet) werden an einer Schnittstelle zwischen dem Bauteilmerkmal 60 und den Verschleißflächen 35, 36 gebildet. Zur Verbesserung der Oberflächenbeschaffenheit von Bauteilen, die mit der Formungsvorrichtung für verstärkte Mehrkomponentenbauteile 10 geformt wurden, werden der erste Abschnitt 28 und der zweite Abschnitt 48 einem Poliervorgang unterzogen, bei dem alle Nähte geglättet werden, wie in 7 gezeigt. Zum Verbinden des ersten Abschnitts 28 und des zweiten Abschnitts 48 können verschiedene Verfahren eingesetzt werden, darunter chemische Verbindungsverfahren wie Schweißen und mechanische Verbindungsverfahren wie Löten, Kleben und dergleichen. Es sei auch darauf hingewiesen, dass der erste Abschnitt 28 und der zweite Abschnitt 48 als ein einheitliches Element gebildet werden können, zum Beispiel durch additive Fertigung, Stanzpressen und dergleichen.
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Nach Fertigstellung des Formungselements 14 wird die Vielzahl von Verstärkungselementen 18 zu einem dreidimensionalen (3D) Gitter 85 verbunden und mit der zweiten Seite 56 und dem Vorsprung 68 verbunden, wie in 8 gezeigt. An diesem Punkt wird der Rahmen 16 mit der äußeren Umfangskante 58 verbunden, wie in 9 gezeigt. Der Rahmen 16 erstreckt sich um einen Außenumfang des 3D-Gitters 85 und umschließt diesen, sodass ein Hohlraum 89 mit einer Vielzahl von miteinander in Fluidverbindung stehenden Zellen (nicht gesondert gekennzeichnet) gebildet wird. Die miteinander in Fluidverbindung stehenden Zellen werden durch das 3D-Gitter 85 erzeugt. An diesem Punkt wird die Menge an volumenstabilem Material 90 in den Hohlraum 89 eingebracht und durch die Vielzahl von miteinander in Fluidverbindung stehenden Zellen fließen gelassen und gehärtet, wodurch das volumenstabile verstärkende Trägermaterial 22 gebildet wird, wie in 10 gezeigt. Das volumenstabile Material 90 kann verschiedene Formen annehmen, z. B. Epoxidharz, gefülltes Epoxidharz mit einem mineralischen oder metallischen Füllstoff, zementhaltiger Mörtel, eine Kirksit-Gusslegierung und dergleichen. Der Begriff „volumenstabil“ bezieht sich auf die Eigenschaft des Materials, sein Volumen sowohl im flüssigen Zustand als auch nach dem Aushärten beizubehalten.
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An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die Formungsvorrichtung für verstärkte Mehrkomponentenbauteile, wie sie in 11 gezeigt ist, eine kostengünstige, leicht herzustellende Form oder ein kostengünstiges, leicht herzustellendes Werkzeug mit kürzerer Vorlaufzeit darstellt, die bzw. das, je nachdem, wie die Bauteilformungsvorrichtung umgesetzt wird, dazu verwendet werden kann, ein Fahrzeugbauteil durch eine Vielzahl von Bauteilformungstechniken zu formen, einschließlich Stanzpressen, Spritzgießen, Vakuumformen und dergleichen. Die Bauteilformungsvorrichtung kann teurere Formen und Werkzeuge ersetzen, insbesondere für den Bau von Fahrzeugen mit geringen Stückzahlen, bei denen die Investitionskosten für Werkzeuge eine Rolle spielen.
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Die Formungsvorrichtung für verstärkte Mehrkomponentenbauteile 10 kann durch eine Vielzahl von Verfahren hergestellt werden, wie etwa in 12 gezeigt. Beispielsweise wird das Formungselement 14 wie bei 300 in 12 gezeigt hergestellt. Die Herstellung des Formungselements 14 kann verschiedene Schritte umfassen, wie z. B. Verbindungsvorgänge, Formungsvorgänge, Poliervorgänge und dergleichen. Nach der Herstellung des Formungselements 14 können in Block 310 die Verstärkungselemente 18 und in Block 312 der Rahmen 16 hinzugefügt werden. An dieser Stelle sollte deutlich sein, dass der Rahmen 16 vor den Verstärkungselementen 18 angebracht werden kann. In Block 314 kann volumenstabiles Material 90 hinzugefügt werden, um die Verstärkungselemente 18 zu tragen und zu stabilisieren.
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Die hier verwendete Terminologie dient nur der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen und ist nicht als die vorliegende Offenbarung einschränkend zu verstehen. Im hier verwendeten Sinne sollen die Singularformen „ein“, „eine“ sowie „der“, „die“, „das“ auch die Pluralformen einschließen, es sei denn, aus dem Kontext geht eindeutig anderes hervor. Es versteht sich ferner, dass die Begriffe „umfassen“ und/oder „umfassend“ bei Verwendung in dieser Beschreibung das Vorhandensein von angegebenen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Vorgängen, Elementen und/oder Komponenten angeben, aber das Vorhandensein oder die Hinzufügung von einem oder mehreren anderen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Vorgängen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon nicht ausschließen.
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Obwohl die obige Offenbarung unter Bezugnahme auf Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, wird der Fachmann verstehen, dass verschiedene Änderungen vorgenommen und gleichwertige Elemente ersetzt werden können, ohne von ihrem Umfang abzuweichen. Darüber hinaus können viele Änderungen vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehren der Offenbarung anzupassen, ohne von ihrem wesentlichen Umfang abzuweichen. Daher ist vorgesehen, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf die besonderen offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern alle Ausführungsformen einschließt, die innerhalb ihres Umfangs liegen.