DE10215912C1 - Verfahren und Prägewerkzeug zur Herstellung eines Karosserie-Bauteils aus einem wölbstrukturierten Blech - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Werkzeug zur Herstellung von Bauteilen aus Metallblech, welche eine wölbstrukturierte Versteifungszone und benachbarte, flache Anschlußzonen aufweisen. Ausgangspunkt zur Herstellung dieser Bauteile sind wölbstrukturierte Rohlinge, die im Zuge der Umformung im Bereich der Anschlußzonen geglättet werden, während im Bereich der Versteifungszone die Wölbstruktur unverändert erhalten bleibt. Erfindungsgemäß erfolgt die Herstellung dieser Bauteile mit Hilfe eines Prägewerkzeugs, das eine Matrize und einen zweiteiligen Stempel - bestehend aus einem Fixierstempel und einem Umformstempel - umfaßt. Dabei wird der Rohling zunächst im Bereich der wölbstrukturierten Versteifungszone durch ein der Matrize voreilendes Fixierelement gegenüber dem Fixierstempel fixiert. Dann werden die Anschlußzonen zwischen der Matrize und dem Umformstempel ausgeformt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bau­ teils aus Metallblech, insbesondere eines Karosserieblechs, so­ wie ein Prägewerkzeug zur Herstellung eines solchen Bauteils.

Viele Bauteile im Automobil-Karosseriebau müssen hohe Anforde­ rungen in bezug auf die Form- und Biegesteifigkeit erfüllen. Solche Bauteile werden im Regelfall aus Blech gefertigt und werden herkömmlicherweise zur Erhöhung der Form- und Biegefes­ tigkeit mit Sicken versehen. Allerdings führt die Versickung der Bleche zu einer stark richtungsabhängigen Steifigkeitserhö­ hung: So sind Blechstreifen mit in Längsrichtung angeordneten Sicken zwar biegesteif in Längsrichtung, sie besitzen aber nur eine geringe Torsionssteifigkeit und sind biegeweich in Quer­ richtung. Eine gleichmäßige homogene Versteifung der Bleche kann durch Einprägen solcher Sicken daher nicht gewährleistet werden.

Eine Versteifung mit einer wesentlich geringeren Richtungsab­ hängigkeit kann erreicht werden, wenn die Bleche - anstelle der Versickung - durch Beulverformung mit einer sogenannten "Wölb­ strukturierung", versehen werden; dieses Verfahren ist bei­ spielsweise in der DE 44 37 986 A1 beschrieben. Im Gegensatz zu der Wirkung klassischer Umformverfahren (wie z. B. Tiefziehen), bei denen während des Umformens eine Plastifizierung des Blechs stattfindet, wird das Blech beim Wölbstrukturieren lediglich lokal gefaltet; dies ist verbunden mit einer nur geringen Ober­ flächenvergrößerung des Materials. Die Beulverformung erfolgt in einem Durchlaufverfahren, so daß gesamte Materialbahnen (bzw. bandartige Bereiche auf ihnen) mit der Wölbstruktur ver­ sehen werden. Zur Herstellung steifigkeitserhöhter Karosserie­ bauteile werden aus diesen Materialbahnen Rohlinge ausgeschnit­ ten, aus denen dann durch weitere Prozeßschritte die gewünsch­ ten Bauteilen gefertigt werden. So beschreibt beispielsweise die DE 199 42 383 A1 einen Kraftfahrzeugboden, der durch Tief­ ziehen eines wölbstrukturierten Blechs hergestellt ist.

Schwierigkeiten treten allerdings auf, wenn Karosserieteile aus wölbstrukturiertem Blech unter Verwendung herkömmlicher Füge­ verfahren (Punktschweißen, Schraubverbindungen etc.) mit ande­ ren Bauteilen verbunden werden sollen. Aufgrund der Wölbstruk­ turierung des Bauteils kann nämlich in den Anschlußzonen, in denen das wölbstrukturierte Bauteil mit anderen Bauteilen ge­ fügt werden soll, kein flächenhaftes Aufeinandertreffen mit den Fügepartnern sichergestellt werden. Um ein prozeßsicheres, hochfestes Fügen solcher Bauteile mit Hilfe eines Schweißver­ fahrens- bzw. eine formschlüssige Schraubverbindung - sicher­ stellen zu können, muß in den Anschlußzonen die Wölbstrukturie­ rung der Bauteile weitestgehend entfernt werden, damit die Bau­ teile in diesen Anschlußzonen flächenhaft auf (flachen) Anbin­ dungsbereichen anderer benachbarter Baugruppen aufliegen kön­ nen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren vorzuschlagen, mit Hilfe dessen Wölbstrukturierungen lokal ge­ glättet werden können. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufga­ be zugrunde, ein Werkzeug bereitzustellen, das eine einfache und prozeßsichere Glättung einer lokal begrenzten Anschlußzone auf einem wölbstrukturierten Bauteil ermöglicht.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Patentansprü­ che 1 und 3 gelöst.

Danach wird zur Erzeugung des gewünschten Bauteils ein Bauteil- Rohling - d. h. ein geeignet geformter wölbstrukturierter Blech­ abschnitt - in einem einen Stempel und eine Matrize umfassenden Prägewerkzeug umgeformt. Das Prägewerkzeug ist so gestaltet, daß im Bereich der Versteifungszonen die ursprünglich auf dem Bauteil-Rohling vorhandene Wölbstrukturierung nicht beeinflußt wird, während in den Anschlußzonen die Wölbstruktur geglättet wird. Um dies zu erreichen, ist der Stempel des Prägewerkzeugs mehrteilig ausgestaltet: Der Stempel umfaßt einen Fixierstem­ pel, der in einem der Bauteil-Versteifungszone entsprechenden Bereich des Stempels angeordnet ist und dessen Funktion - in Zusammenwirkung mit einem voreilenden Fixierelement auf der Matrize - darin besteht, den Rohling im Werkzeug zu fixieren, ohne ihn zu verformen. Weiterhin umfaßt der Stempel einen ge­ genüber dem Fixierstempel verschiebbaren Umformstempel, der in dem der Anschlußzone des Bauteils entsprechenden Bereich des Stempels angeordnet ist und dessen Funktion - in Zusammenwir­ kung mit einem diesem Umformbereich gegenüberliegenden Teil der Matrize - darin besteht, das Blech in der Anschlußzone lokal zu glätten (siehe Anspruch 3).

Zur Herstellung des Bauteils wird zunächst der Fixierstempel des Prägewerkzeugs auf Pinolen hochgefahren, und der Bauteil- Rohling wird in der gewünschten Ausrichtung auf den Fixierstem­ pel aufgelegt; durch Absenken der Matrize des Prägewerkzeugs wird dann der Rohling im Bereich der Versteifungszone durch das voreilende Fixierelement der Matrize gegenüber dem Stempel ein­ gespannt; die Lage des Rohlings im Werkzeug ist somit fixiert. Anschließend wird die Matrize weiter abgesenkt, wobei zwischen den einander entsprechenden Umformbereichen auf Stempel und Matrize die Anschlußzone ausgeformt wird (siehe Anspruch 1).

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Prägewerkzeugs lassen sich so­ mit auf dem wölbstrukturierten Rohling geglättete Anschlußzonen erzeugen, in denen die Wölbstruktur größtenteils entfernt ist. In diesen Anschlußzonen können die Bauteile in folgenden Pro­ duktionsschritten unter Zuhilfenahme herkömmlicher Fügeverfah­ ren - beispielsweise durch Punktschweißen bzw. Nahtschweißen im Rohbau bzw. durch Schraubverbindungen in der Montage - mit Anschlußteilen verbunden werden. Die Wölbstruktur der Verstei­ fungszonen bleibt dabei unverformt erhalten. Somit lassen sich mit Hilfe des erfindungsgemäßen Prägewerkzeugs auf reproduzier­ bare Weise Bauteile erzeugen, welche in ausgewählten Verstei­ fungszonen mit einer (näherungsweise richtungsunabhängigen) Wölbstruktur versehen sind, in benachbarten Anschlußzonen je­ doch eine näherungsweise glatte Oberflächenstruktur aufweisen.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Stirnfläche des Fixierstempels mit einer Oberflächenkontur ver­ sehen, welche der Wölbstrukturierung des Rohlings entspricht (siehe Anspruch 4). Dies hat den Vorteil, daß beim Einlegen des Rohlings in das Prägewerkzeug eine definierte Ausrichtung und Lage des Rohlings im Werkzeug unterstützt wird, die der Lage und Ausrichtung der Oberflächenstruktur des Fixierstempels ent­ spricht. Insbesondere kann auf diese Weise die Wölbstruktur des Blechs hochgenau gegenüber den Umformbereichen des Prägewerk­ zeugs ausgerichtet werden, so daß die im Zuge des Prägevorgangs erzeugte geglättete Anschlußzone hochgenau gegenüber der Wölb­ struktur der Versteifungszone positioniert ist.

Das mit dem Fixierstempel zusammenwirkende voreilende Fixier­ element der Matrize besteht vorzugsweise aus einem elastischen Werkstoff, insbesondere aus einem Gummi (siehe Anspruch 5). Beim Absenken des in der Matrize geführten Fixierelements auf die wölbstrukturierte Oberfläche des zu fixierenden Rohlings paßt sich die Stirnfläche des Fixierstempels elastisch der Wölbstruktur an; beim weiteren Absenken der Matrize wird das Fixierelement komprimiert, wodurch die durch das Fixierelement ausgeübte Fixierkraft auf den Rohling erhöht wird. Der Rohling ist somit während des Glättens der Anschlußzone mit hoher Kraft (und somit verrutschsicher) zwischen Fixierstempel und Fixier­ element eingespannt.

Alternativ kann das Fixierelement als federgelagerter Schieber ausgestaltet sein, dessen Stirnfläche mit einer (zur Stirnflä­ che des Fixierstempels komplementären) Wölbstruktur versehen ist (siehe Anspruch 6). In diesem Fall ist der Rohling im Be­ reich der Versteifungszone formschlüssig zwischen Fixierelement und Fixierstempel eingespannt.

Im Zuge der Glättung der Anschlußzone muß die Oberflächenver­ größerung, die während der Wölbstrukturierung im Zuge der Her­ stellung des Rohlings erzeugt wurde, in gezielter Weise abge­ baut werden. Um dabei Faltenbildung und/oder die Entstehung von Ausstrahlungen auf dem Bauteil zu vermeiden, ist es zweckmäßig, "Verbraucher" vorzusehen, welche einen definierten Fluß des ü­ berschüssigen Werkstoffs gewährleisten. Als solche "Verbrau­ cher" dienen Sicken, die in der Anschlußzone - vorteilhafter­ weise nahe am Übergang zur Versteifungszone - vorgesehen werden (siehe Anspruch 2). Zur Ausformung dieser Sicken sind in den Umformbereichen des Prägewerkzeugs Sickenbereiche vorgesehen (siehe Anspruch 7).

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert; dabei zei­ gen:

Fig. 1a einen wölbstrukturierten Rohling;

Fig. 1b ein aus dem Rohling der Fig. 1a gefertigtes Bauteil;

Fig. 2 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Präge­ werkzeugs während der Herstellung des Bauteils:

Fig. 2a geöffnetes Prägewerkzeug beim Einlegen des Roh­ lings;

Fig. 2b Fixierung des Rohlings im Prägewerkzeug mit Hil­ fe von voreilenden Fixierelementen;

Fig. 2c geschlossenes Prägewerkzeug mit fertigem Bau­ teil;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Prägewerkzeugs:

Fig. 3b Matrize mit voreilenden Fixierelementen;

Fig. 3b zweiteiliger Stempel.

Fig. 1a zeigt einen Rohling 1 aus wölbstrukturiertem Blech, aus dem mit Hilfe des erfindungsgemäßen Prägeverfahrens ein in Fig. 1b dargestelltes Bauteil 2 - im vorliegenden Beispiel ei­ ne Kraftfahrzeug-Rückwand 3 - hergestellt wird; die Außenkontur des Bauteils 2 ist auf dem Rohling 1 der Fig. 1a gestrichelt angedeutet. Das Bauteil 2 weist eine wölbstrukturierte Verstei­ fungszone 4 auf, in der die ursprüngliche Wölbstrukturierung des Rohlings 5 erhalten bleibt; in den Randbereichen 6, 6', 6" sowie in einem im Bauteilinneren liegenden Bereich 7 ist das Bauteil 2 mit Anschlußzonen 8, 9 versehen, welche weitgehend frei von Wölbstrukturen sind und die Form von flachen Flanschen haben. Die Wölbstruktur 5 des Rohlings 1 bzw. der Versteifungs­ zone 4 des Bauteils 2 hat im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine hexagonale Symmetrie, was in den Fig. 1a und 1b schema­ tisch durch ein Wabenmuster angedeutet ist. Die Gitterkonstante 10 sowie die Wölbhöhe des Wabenmusters 5 ist dabei der Dicke des Bauteils 2 sowie der gewünschten Steifigkeitserhöhung (bzw. den gewünschten Schwingungseigenschaften) des Bauteils 2 ange­ paßt. - Alternativ zu der in Fig. 1a und 1b gezeigten hexa­ gonalen Wölbstruktur 5 kann der Rohling 1 bzw. das Bauteil 2 auch eine Wölbstruktur mit einer trigonalen oder einer recht­ eckigen Grundsymmetrie aufweisen.

Die Erzeugung des wölbstrukturierten Rohlings 1 aus einem (in den Figuren nicht dargestellten) ebenen Blech erfolgt mit Hilfe eines Beulverfahrens, das beispielsweise in der DE 44 37 986 A1 im Detail beschrieben ist. Da das Einbringen der Wölbstruktur 5 in einem Durchlaufverfahren erfolgt, weist der Rohling 1 die Wölbstrukturierung 5 auf seiner gesamten Oberfläche auf; alter­ nativ kann der Rohling 1 in einem (oder mehreren) bandartigen Streifen (entsprechend der Vorschubrichtung des Beulverfahrens) mit einer Wölbstrukturierung 5 versehen sein, in benachbarten Streifen jedoch frei von Wölbstrukturen sein.

Die - weitgehend flachen - Anschlußzonen 8, 9 des Bauteils 2, welche unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf dem Rohling 1 erzeugt werden, dienen zur Verbindung des Bau­ teils 2 mit anderen Baugruppen, an die das Bauteil 2 im Zuge des Rohbaus bzw. der Montage angefügt (insbesondere verschweißt bzw. verschraubt) wird.

Zur Herstellung des Bauteils 2 der Fig. 1b aus dem Rohling 1 der Fig. 1a kommt erfindungsgemäß ein Prägeverfahren zum Ein­ satz. Als Beispiel einer zugehörigen Prägevorrichtung zeigen Fig. 2a bis 2c in einer schematischen, stark vereinfachten Darstellung einen Ausschnitt einer Presse 11, die einen hubbe­ weglichen Pressenstößel 12 sowie einen raumfesten Pressentisch 13 enthält. Das zum Umformen des Bauteil-Rohlings 1 erforderli­ che Prägewerkzeug 14 besteht aus einem Stempel 15 und einer Matrize 16. Im vorliegenden Fall ist der Stempel 15 - als der stationäre Teil - auf dem Pressentisch 13 und die Matrize 16 - als der hubbewegliche Teil - an dem Pressenstößel 12 befestigt. Perspektivische Aufsichten auf die Matrize 16 und den Stempel 15 sind in Fig. 3a und 3b dargestellt.

Die Matrize 16 umfaßt einen Matrizen-Grundkörper 17, aus dem zwei voreilende Fixierelemente 18 herausragen. Die voreilenden Fixierelemente 18 sind durch hülsenförmigen Abschnitte 19 aus einem Gummi gebildet, welche durch Dorne 20, die im Inneren dieser Hülsen 19 verlaufen, lagefixiert werden. Der Matrizen- Grundkörper 17 umfaßt einerseits Wölbbereiche 21, deren Stirn­ flächen 22 eine dem Rohling 1 entsprechende Wölbstruktur 5 auf­ weisen; diese Wölbstrukturierung 5 ist in Fig. 2a bis 2c zur besseren Kenntlichmachung stark überhöht dargestellt. Weiterhin umfaßt der Matrizen-Grundkörper 17 Glättungsbereiche 23, 24, welche eine im wesentlichen glatte Oberfläche aufweisen; schließlich umfaßt der Matrizen-Grundkörper 17 Aussparungen 25.

Der Stempel 15 ist zweiteilig ausgeführt und besteht aus einem zentralen Fixierstempel 26, welcher von einem ringförmigen Um­ formstempel 27 umgeben ist. Der Fixierstempel 26 weist zwei nä­ herungsweise kreisförmige Druckbereiche 28 sowie umlaufende Randbereiche 29 auf, deren Stirnflächen mit einer Oberflächen­ kontur 30, 30' versehen sind, welche der wölbstrukturierten O­ berflächenkontur 5 des Rohlings 1 entspricht. Die Oberflächen­ kontur 30' der Randbereiche 29 des Fixierstempels 26 ist exakt komplementär zur Konturierung der Wölbbereiche 21 des Matrizen- Grundkörpers 17 gestaltet, so daß beim Absenken des Pressenstö­ ßels 12 die Matrize 16 und der Stempel 15 in diesen Bereichen 21, 29 einander formschlüssig entsprechen. - Der Umformstempel 27 weist einen Glättungsbereich 31 auf, welcher komplementär zu dem gegenüberliegenden Glättungsbereich 23 der Matrize 16 ges­ taltet ist. Zusätzlich zu im wesentlichen flachen Bereichen weisen die Glättungsbereiche 23,31 der Matrize 16 bzw. des Um­ formstempels 27 komplementäre Vorsprünge 32 bzw. Vertiefungen 33 auf, welche dem Einprägen von Sicken 34 in den Rohling 1 dienen. Diese Sicken 34 auf dem Bauteil 2 wirken - wie im fol­ genden ausgeführt wird - als "Verbraucher", welche den während des Prägeprozessses in den Anschlußzonen 8 anfallenden, über­ schüssigen Werkstoff aufnehmen.

Fig. 2a bis 2c zeigen mehrere Stufen bei der Herstellung des Bauteils 2 mit Hilfe des erfindungsgemäßen Prägewerkzeugs 14. Fig. 2a zeigt das geöffnete Werkzeug 14 zu Beginn des Präge­ prozesses. Der aus einem wölbstrukturierten Halbzeug ausge­ schnittene Rohling 1 der Fig. 1 wird in einer solchen Weise in das Preßwerkzeug 14 eingelegt, daß die Lage und Orientierung der Wölbstruktur 5 des Rohlings 1 exakt mit der Lage und Orien­ tierung des auf dem Druckbereich 28 und den Randbereichen 29 des Fixierstempels 26 vorgegebenen Wölbstruktur 30 überein­ stimmt. Dies ist wichtig, da (insbesondere in den Übergangsbe­ reichen 35 zwischen Versteifungszonen 4 und Anschlußzonen 8) die Orientierung der Wölbstruktur 5 des Blechs die direktionale Steifigkeit des Bauteils 2 beeinflußt. Im vorliegenden Fall sollte beispielsweise - wie im Rahmen von numerischen Festig­ keitsuntersuchungen ermittelt wurde - die Wölbstruktur 5 in den Versteifungsbereichen 4 in einer solche Weise orientiert sein, daß die Symmetrieachse 36 des Bauteils 2 - wie in Fig. 1b ge­ zeigt - mit einer der Symmetrieachsen der hexagonalen Wölb­ struktur 5 übereinstimmt. Weiterhin müssen die Anschlußzonen 8 so gegenüber der Versteifungszone 4 angeordnet sein, daß im Be­ reich des oberen Randes 6' der Übergang 35' zwischen Verstei­ fungszone 4 und Anschlußzone 8 durch die gezackten Ränder des wölbstrukturierten Musters 5 gebildet wird, während im Bereich des unteren Randes 6" der Übergang 35" zwischen Versteifungszo­ ne 4 und Anschlußzone 8 zentral durch die Sechsecke der Wölb­ struktur 5 verläuft. Diese gewünschte Ausrichtung der Wölb­ struktur 5 gegenüber der Symmetrieachse 36 ist im Prägewerkzeug 14 durch die Ausrichtung der Wölbstruktur 30, 30' im Fixierstem­ pel 26 vorgegeben.

Die hochgenaue Positionierung des Rohlings 1 gegenüber dem Fi­ xierstempel 26 kann auf zwei unterschiedliche Weisen erfolgen: Entweder kann der Zuschnitt des Rohlings 1 so hochgenau erfol­ gen, daß ausgewählte Ränder 37, 37' des Rohlings 1 in bezug auf Lage und Orientierung hochgenau gegenüber der Wölbstruktur 5 des Rohlings 1 ausgerichtet sind; so ist z. B. der Rohling 1 der Fig. 1a exakt so zugeschnitten, daß die Ränder 37, 37' genau durch die Mittelpunkte benachbarter Waben verlaufen. In diesem Fall erfolgt die hochgenaue Positionierung des Rohlings 1 im Fixierstempel 26 mit Hilfe von (in den Figuren nicht darge­ stellten) Positionierstiften, an die die Ränder 37, 37' des Roh­ lings 1 angeschlagen werden. Dies setzt voraus, daß der Rohling 1 mit der erforderlichen Genauigkeit (im Regelfall 0,1 mm) be­ schnitten wurde. - Alternativ bzw. zusätzlich kann eine Aus­ richtung des Rohlings 1 im Fixierstempel 26 auf eine solche Weise erfolgen, daß der Rohling 1 - unter Nutzung der Schwer­ kraft - so in den Fixierstempel 26 hineingelegt wird, daß die Wölbstruktur 5 des Rohlings 1 exakt mit der durch die Oberflä­ chenkontur 30, 30' des Fixierstempels 26 vorgegebenen Ausrich­ tung der Wölbstruktur übereinstimmt. Die hochgenaue Ausrichtung des Rohlings 1 gegenüber der Wölbstruktur 30 des Fixierstempels 26 ist notwendig, um sicherzustellen, daß die Wölbstuktur 5 des Rohlings 1 in den Versteifungszonen 4 während des Prägeprozes­ ses eine möglichst geringe Beschädigung erleidet, so daß diese Versteifungszone 4 auf dem Bauteil 2 möglichst unbeschadet er­ halten bleibt.

Wie in Fig. 2a gezeigt, ist der Fixierstempel 26 gegenüber dem Umformstempel 27 federgelagert und - bei geöffnetem Prägewerk­ zeug 14 - voreilend angeordnet. Somit ist bei geöffnetem Präge­ werkzeug 14 der Umformstempel 27 mit den in den Glättungsberei­ chen 31 vorgesehenen Vorsprüngen 32 vertikal versetzt gegenüber dem Fixierstempel 26 angeordnet, so daß der voreilenden Fixier­ stempel 26 in dieser Werkzeugstellung dem Rohling 1 wölbstruk­ turierte Bereiche 28, 29 darbietet, auf die der Rohling 1 in eineindeutiger Lage und Ausrichtung eingelegt werden kann.

Ist der Rohling 1 - wie in Fig. 2a angedeutet - in der ge­ wünschten Lage und Orientierung in das Preßwerkzeug 14 einge­ legt, so wird der Pressenstößel 12 abgesenkt (siehe Fig. 2b). Dabei kontaktieren zunächst die voreilenden Fixierelemente 18 den Rohling 1. Beim weiteren Absenken des Pressenstößels 12 wird der Rohling 1 zwischen den voreilenden Fixierelementen 18 der Matrize 16 und den ihnen gegenüberliegenden Druckbereichen 28 des Fixierstempels 26 eingespannt. Diese Einspannung stellt sicher, daß der Rohling 1 während des nun folgenden Prägevor­ gangs nicht verrutscht, sondern in der gewünschten Lage und Ausrichtung im Prägewerkzeug 14 fixiert ist.

Beim weiteren Absenken des Prägestempels 12 bewirkt der auf die Fixierelemente 18 wirkende Pressendruck eine Kompression der Fixierelemente 18, was zu einer zusätzlichen Druckausübung auf den Rohling 1 - und somit zu einer verbesserten Fixierung im Werkzeug 14 - führt. Durch den Freiraum 25 der den Fixierele­ menten 18 benachbarten Bereichen der Matrize 16 wird die dabei auftretende Auswölbung der gummielastischen Fixierelemente 18 nicht behindert. Die Härte bzw. der Voreilabstand 39 der Fi­ xierelemente 18 ist so dimensioniert, daß durch die Fixierele­ mente 18 eine bestimmte gewünschte Haltekraft auf den Rohling 1 ausgeübt wird, wenn der eigentliche Prägeprozeß beginnt. Die in Fig. 2a bis 2c gezeigte Ausgestaltung des Fixierstempels 18 als Gummifeder hat den Vorteil, daß das elastische Material des Fixierstempels 18 Toleranzen in der Wölbstruktur 5 des Rohlings 1 bzw. Ungenauigkeiten während des Einlegens des Rohlings 1 ausgleichen kann: Durch seitliches Ausweichen des Gummiwerk­ stoffs kann der Rohling 1 dabei vom Fixierelement 18 in die Wölbstruktur 30 des gegenüberliegenden Druckbereichs 28 auf dem Fixierstempel 26 hineingedrückt werden. - Alternativ kann das Fixierelement 18 durch einen Gasdruckfeder gebildet sein, deren Stirnseite mit einer den Druckbereichen 28 komplementären Wölb­ strukturierung versehen ist. Gegebenenfalls kann weiterhin zum Toleranzausgleich zwischen dem Druckbereich 28 und dem Rohling 1 eine Gummimatte untergelegt werden.

Ist der Pressenstößel 12 so weit abgesenkt, daß die Wölbberei­ che 21 der Matrize 16 den Rohling 1 berühren, so ist der Roh­ ling 1 auch in diesen Bereichen zwischen Matrize 16 und Fixier­ stempel 26 eingespannt. Ein weiterer Vorschub des Pressenstö­ ßels 12 führt nun zu einer Zurückdrängung des federgelagerten Fixierstempels 26 mitsamt des eingespannten Rohlings 1. Dabei wird der eingespannte Rohling 1 auf den den Fixierstempel 26 umgebenden Umformstempel 27 gedrückt, wodurch auf dem Rohling 1 die seitlichen Anschlußzonen 8 sowie die in diesen Bereichen vorgesehenen Sicken 34 ausgeformt werden; gleichzeitig wird die zentrale Anschlußzone 9 ausgeformt. Zur Ausprägung dieser Anschlußzonen 8, 9 bzw. Sicken 34 wird der Pressenstößel 12 auf den unteren Totpunkt abgesenkt. Während dieses Prägeprozesses wirkt der Fixierstempel 26 als Niederhalter, der in den Über­ gangsbereichen 35 einen definierten Materialfluß aus der be­ nachbarten Versteifungszone 4 in die Anschlußzone 8 hinein ges­ tattet.

Die Ausformung der Anschlußzone 8 ist mit einer Umverteilung des in diesen Bereichen vorliegenden Werkstoffs verbunden: Ins­ besondere muß die im Zuge der Wölbstrukturierung erzeugte Ober­ flächenvergrößerung gezielt verbraucht werden, um die Entste­ hung von Falten bzw. Ausstrahlungen auf dem Bauteil 2 zu ver­ meiden. Dies wird durch die Sicken 34 erreicht, welche zu einem gezielten Materialfluß führen, dem Bauteil 2 eine gute Formsta­ bilität geben und die Entstehung langwellige Beulstrukturen (sogenannter "Frösche") auf dem Bauteil 2 unterbinden. Die ge­ naue Position, Höhe, Breite und Ausrichtung der Sicken 34 wird dabei zweckmäßigerweise in einer Simulation des Prägeprozesses ermittelt, welche die Dehnungseigenschaften des verwendeten Ma­ terials, die Eigenschaften der Wabenstruktur etc. explizit in Betracht zieht. Die Sicken 34 sind so untereinander abgestimmt, daß langwellige Beulstrukturen auf dem Bauteil 2 vermieden wer­ den.

Auch in der mittig in der Versteifungszone 4 vorgesehenen Anschlußzone 9 ist randseitig eine umlaufende Sicke 40 vorgese­ hen, welche als Verbraucher dient und einerseits eine Falten­ bildung in der geglätteten Anschlußzone 9 unterbindet, anderer­ seits Ausstrahlungen in die Versteifungszone 4 hinein vermei­ det. Zur Ausformung dieser Sicke 40 ist der der Anschlußzone 9 entsprechende Glättungsbereich 41 auf dem Fixierstempel 26 ge­ genüber dem ihn umgebenden, oberflächenkonturierten Randbereich 29 abgesenkt, so daß an dieser Stelle eine (einem Verbraucher entsprechende) Stufe 42 auf dem Fixierstempel 26 vorgesehen ist. Auf dem Matrizen-Grundkörper 17 ist eine komplementär ges­ taltete Stufe 42' vorgesehen.

Nach Beendigung des Prägeprozesses wird der umgeformte Rohling 1 laserbeschnitten, um das Bauteil 2 der Fig. 1b zu erhalten. Alternativ kann die Beschneidung nach dem Prägevorgang mittels eines Schneidwerkzeugs erfolgen.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zur Herstellung von Bauteilen 2 aus Aluminiumblechen, kann aber weiterhin zur Umformung von Rohlingen 1 aus beliebigen tief­ ziehfähigen Werkstoffen verwendet werden.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus Metallblech, insbesondere eines Karosserieblechs,
mit einer Versteifungszone, in der das Bauteil mit einer steifigkeitserhöhenden Wölbstrukturierung versehen ist
und mit einer näherungsweise wölbstrukturfreien Anschluß­ zone,
wobei als Rohling zur Herstellung des Bauteils ein wölb­ strukturierter Blechzuschnitt verwendet wird,
mit den folgenden Verfahrens­ schritten:
der Rohling (1) wird in ein Prägewerkzeug (14) mit einem Stempel (15) und einer Matrize (16) eingelegt;
durch Absenken der Matrize (16) wird der Rohling (1) im Bereich der wölbstrukturierten Versteifungszone (4) durch ein der Matrize (16) voreilendes Fixierelement (18) gegen­ über dem Stempel (15) fixiert;
durch weiteres Absenken der Matrize (16) wird zwischen Stempel (15) und Matrize (16) die Anschlußzone (8, 9) aus­ geformt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Zuge des Ausformens der Anschlußzone (8, 9) Sicken (34, 40) in die Anschlußzone (8, 9) eingeformt werden.

3. Prägewerkzeug zur Herstellung eines Bauteils mit einer wölb­ strukturierten Versteifungszone und einer weitgehend wölb­ strukturfreien Anschlußzone, ausgehend von einem Rohling aus wölbstrukturiertem Blech,
wobei das Prägewerkzeug einen Stempel und eine Matrize aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Mavtrize (16) ein voreilendes Fixierelement (18) zur Fixierung des Rohlings (1) im Prägewerkzeug (14) sowie ei­ nen Matrizen-Grundkörper (17) aufweist,
und daß der Stempel (15) des Prägewerkzeugs (14) mehrtei­ lig ausgestaltet ist und einen mit dem Fixierelement (18) der Matrize (16) zusammenwirkenden Fixierstempel (26) so­ wie einen gegenüber dem Fixierstempel (26) verschiebbaren Umformstempel (27) umfaßt,
wobei der Matrizen-Grundkörper (17) und der Umformstempel (27) mit zusammenwirkenden Glättungsbereichen (31, 41, 23, 24) zur Ausprägung der Anschlußzone (8, 9) auf dem Bauteil (2) versehen sind.

4. Prägewerkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche des Fixierstempels (26) mit einer der Wölbstrukturierung (5) des Rohlings (1) entsprechenden Ober­ flächenkontur (30) versehen ist.

5. Prägewerkzeug nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das voreilende Fixierelement (18) der Matrize (16) aus einem elastischen Werkstoff, insbesondere aus einem Gummi, besteht.

6. Prägewerkzeug nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das voreilende Fixierelement (18) der Matrize (16) als federgelagerter Schieber ausgestaltet ist, dessen Stirnflä­ che mit einer Wölbstruktur versehen ist.

7. Prägewerkzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Glättungsbereiche (31, 41, 23, 24) der Matrize (16) und des Stempels (15) Sickenbereiche (32, 33, 42, 42') zur Ausprä­ gung von Sicken (34, 40) auf dem Bauteil (2) umfassen.