DE102021109203A1

DE102021109203A1 - Verfahren zum Erstellen eines Freiformbiegebauteils

Info

Publication number: DE102021109203A1
Application number: DE102021109203.5A
Authority: DE
Inventors: Matthias Konrad Werner
Original assignee: MAN Truck and Bus SE
Current assignee: MAN Truck and Bus SE; Technische Universitaet Muenchen
Priority date: 2021-04-13
Filing date: 2021-04-13
Publication date: 2022-10-13

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erstellen eines Freiformbiegebauteils (30). Ein Strukturmodell (10) wird vorgegeben. Mindestens ein Suchkriterium, das mindestens ein mittels Freiformbiegen herstellbares Geometriemerkmal aufweist, wird vorgegeben. Das vorgegebene Strukturmodell (10) wird nach einer Unterstruktur (18) durchsucht, die das mindestens eine Suchkriterium erfüllt, zum Erstellen des Freiformbiegebauteils (30). Vorteilhaft ermöglicht das Verfahren, das Potential des Freiformbiegens weiter auszunutzen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erstellen eines Freiformbiegebauteils.
Herkömmlich werden im Fahrzeugbau und speziell im Bereich der Nutzfahrzeuge Rahmenstrukturen häufig aus vielen einfach gebogenen rechteckigen Trägern mit Schweißverbindungen hergestellt. Zum Biegen der Träger werden konventionelle Biegeverfahren verwendet, die nur konstante Radien biegen können. Bspw. ist das Rotationszugbiegen ein solch etabliertes Verfahren, bei dem ein Bauteil um eine Rolle mit festem Radius gebogen wird. Bei der Gestaltung und Auslegung der Rahmenstrukturen müssen fertigungsbedingt Kompromisse eingegangen werden, um die Produktion überhaupt zu ermöglichen. Die Kompromisse gehen dabei bspw. zu Lasten des Leichtbaus. In Kombination mit der Variantenvielfalt im Bereich der Omnibusse führt dies zu vielen einzelnen Bauteilen und einem hohen Aufwand bei geringer Flexibilität in der Produktion und damit zu hohen Kosten.
Vereinzelt sind bereits Ansätze bekannt, die als Möglichkeit zur Verbesserung das Freiformbiegen anführen.
Aus der US 10,173,255 B2 ist es ganz allgemein bekannt, eine Freiformbiegemaschine zum Biegen eines Bauteils eines Fahrzeugs zu verwenden.
Die WO 2020/182422 A1 offenbart ein Verfahren zur Steuerung eines Freiformbiegeprozesses zum Biegen eines Biegekörpers. Das Verfahren fokussiert darauf, wie eine Freiformbiegemaschine zu steuern ist, um ein gewünschtes Biegeergebnis zu erzielen. Der Biegekörper ist ein in einem Kraftfahrzeug verbautes Fahrzeugbauteil.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte Technik zur Integration des Freiformbiegens bei einer Produktentwicklung zu schaffen.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung angegeben.
Ein Aspekt betrifft ein Verfahren zum Erstellen eines Freiformbiegebauteils. Das Verfahren weist ein Vorgeben eines Strukturmodells (z. B. einer Tragstruktur) und ein Vorgeben mindestens eines Suchkriteriums, das mindestens ein mittels Freiformbiegen herstellbares Geometriemerkmal aufweist, auf. Das Verfahren weist ein Durchsuchen des vorgegebenen Strukturmodells nach einer Unterstruktur, die das mindestens eine Suchkriterium erfüllt, zum Erstellen des Freiformbiegebauteils auf.
Vorteilhaft ermöglicht das Verfahren, das Potential des Freiformbiegens weiter ausnutzen. Vorzugsweise wird das Freiformbiegen während der Produktentwicklung nicht erst am Ende berücksichtigt, wenn es um die Fertigung der Einzelbauteil geht. Stattdessen wird vorgeschlagen, das Konzept des Freiformbiegens bereits sehr früh in der Produktentwicklung zu berücksichtigen, nämlich in einem Stadium, in dem das Produkt gerade erst modellhaft entworfen wird. In einem solchen frühen Stadium kann das Freiformbiegen die Schaffung neuer Gestaltungsspielräume für das letztlich herzustellende Produkt zu schaffen. Bei sehr früher Berücksichtigung des Freiformbiegens im Produktentwicklungsprozess können die Potentiale des Freiformbiegens voll ausgenutzt werden, sodass sich bspw. die Flexibilität bei der Produktentwicklung erhöhen lässt. Gleichzeitig lassen sich aus verschiedenen Gründen die Kosten reduzieren. Es müssen keine aufwendigen Anpassungen oder Nacharbeiten in einer späten Phase der Produktentwicklung oder während der Produktion mehr vorgenommen werden, um Teile freiformbiegbar anzupassen. Zusätzlich ermöglicht das Freiformbiegen, dass weniger Teile mit weniger Fügestellen beim Herstellen des Produkts notwendig sind. Beispielsweise kann durch die Möglichkeit, Radienverläufe und mehrere verschiedene Radien gleichzeitig innerhalb eines Bauteils zu fertigen, die Anzahl der benötigten Teile und die nötigen Schweißverbindungen reduziert werden. Das Verfahren kann durch die durch das Freiformbiegen geschaffenen Freiheitsgerade die Entwicklung einer lastgerechten und leichtbauorientierten Struktur ermöglichen, bei der eine Kontur der Bauteile frei im Raum gestaltbar sein kann.
In einem Ausführungsbeispiel gibt das Strukturmodell eine Verteilung mindestens eines Materials zu einer zusammenhängenden dreidimensionalen Struktur (z. B. Tragstruktur), und/oder eine Topologie einer dreidimensionalen Struktur (z. B. Tragstruktur) an. Alternativ oder zusätzlich gibt das Strukturmodell eine integral-einstückige Struktur aus miteinander verbundenen, stabförmigen Strukturbereichen an. Vorteilhaft kann das Verfahren somit ermöglichen, dass aus einer globalen Struktur ein Abschnitt identifiziert wird, der mittels Freiformbiegen herstellbar ist.
In einem Ausführungsbeispiel ist das Strukturmodel ein Modell eines Gitterrahmens eines Lastkraftwagens oder eines Omnibusses. Vorteilhaft können insbesondere Gitterrahmen von Lastkraftwagen und Omnibussen von den Vorteilen des Freiformbiegens profitieren, da sie sehr große Strukturen betreffen, in denen viele Möglichkeiten bestehen, Freiformbiegebauteileauf unterschiedlichste Art und Weise zu integrieren.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Unterstruktur ein Ausschnitt aus dem Strukturmodell. Alternativ oder zusätzlich kann die Unterstruktur mehrere (z. B. drei oder mehr) winkelig, gebogen und/oder gekrümmt ineinander übergehende Stabkörper aufweisen.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel weist das mindestens eine Geometriemerkmal ein Vorhandensein einer vorgegebenen Geometrie und/oder einen Abmessungswert oder einen Abmessungswertebereich einer vorgegebenen Geometrie auf.
In einer Ausführungsform weist die vorgegebene Geometrie einen gekrümmten und/oder krümmungsstetigen, stabförmigen Bauteilverlauf auf, vorzugsweise mit mehreren unterschiedlichen Krümmungen, besonders bevorzugt direkt aneinander angrenzend.
In einer weiteren Ausführungsform weist die vorgegebene Geometrie einen Krümmungsradius oder mehrere (z. B. zwei, drei, vier usw.) Krümmungsradien auf.
In einer weiteren Ausführungsform sind die mehreren Krümmungsradien unterschiedlich groß, liegen die mehreren Krümmungsradien in unterschiedlichen Raumebenen, grenzen die mehreren Krümmungsradien direkt aneinander an, und/oder weisen die mehreren Krümmungsradien jeweils einen Radiusmittelpunkt auf, und die mehreren Radiusmittelpunkte sind auf unterschiedlichen Seiten bezüglich des Bauteilverlaufs angeordnet.
In einer Ausführungsvariante weist das mindestens eine Suchkriterium mindestens eine Halbzeuganforderung mindestens eines zum Freiformbiegen verfügbaren Halbzeugs auf. Optional kann die mindestens eine Halbzeuganforderung eine Abmessung, einen Profilquerschnitt, und/oder ein Material des mindestens einen verfügbaren Halbzeugs aufweisen. Vorteilhaft kann damit beim Suchen einer freiformbiegbaren Unterstruktur gleichzeitig die Fertigbarkeit in Bezug auf zum Freiformbiegen vorhandene Halbzeuge berücksichtigt werden.
In einer weiteren Ausführungsvariante wird das Durchsuchen rechnergestützt und/oder manuell oder automatisiert durchgeführt.
In einem Ausführungsbeispiel wird das Vorgeben des mindestens einen Suchkriteriums und das Durchsuchen wiederholt, und für jede Wiederholung wird das mindestens eine Suchkriterium angepasst oder durch mindestens ein alternatives Suchkriterium, das mindestens ein mittels Freiformbiegen herstellbares Geometriemerkmal und vorzugsweise mindestens eine Halbzeuganforderung mindestens eines zum Freiformbiegen zur Verfügung stehenden Halbzeugs aufweist, ersetzt. Vorzugsweise kann so lange wiederholt werden, bis die Unterstruktur gefunden wird, eine vorbestimmte Anzahl an Wiederholungen erreicht wird oder alle verfügbaren Suchkriterien verwendet wurden. Auf diese Weise kann vorteilhaft erreicht werden, dass mit unterschiedlichen Ansätzen nach freiformbiegbaren Strukturen im Strukturmodell gesucht werden kann.
In einem Ausführungsbeispiel weist das Verfahren ferner ein Ermitteln einer, vorzugsweise krümmungsstetigen, Biegelinie, die einen räumlichen Verlauf der Unterstruktur und vorzugsweise eine Orientierung der Unterstruktur entlang des räumlichen Verlaufs angibt, auf.
Vorzugsweise kann das Verfahren ein Umformen eines Halbzeugs basierend auf der Unterstruktur und/oder der Biegelinie mittels einer Freiformbiegemaschine aufweisen.
In einem Ausführungsbeispiel weist das Verfahren ferner ein Vorgeben eines Datensatzes, der angibt, wie ein Werkzeug der Freiformbiegemaschine zu verfahren ist, um basierend auf einer vorgebbaren Biegelinie ein entsprechend der vorgebbaren Biegelinie gebogenes Freiformbiegebauteil zu erstellen, auf. Das Verfahren kann vorzugsweise ferner ein Einstellen der Freiformbiegemaschine in Abhängigkeit von der ermittelten Biegelinie und dem vorgegebenen Datensatz aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann das Verfahren ein Ermitteln von Fertigungsvorgaben für das ausgewählte Halbzeug, vorzugsweise eine Länge des ausgewählten Halbzeugs und/oder mindestens eine Toleranz für eine Abmessung des ausgewählten Halbzeugs, in Abhängigkeit von der ermittelten Biegelinie und dem vorgegebenen Datensatz aufweisen.
In einem Ausführungsbeispiel weist das Verfahren ferner ein Umformen des gemäß den ermittelten Fertigungsvorgaben gefertigten Halbzeug mittels der eingestellten Freiformbiegemaschine zu dem Freiformbiegebauteil auf.
In einer Ausführungsform weist das Vorgeben des Strukturmodells ein Vorgeben mindestens einer Randbedingung zum Erstellen des Strukturmodells auf, wobei die mindestens eine Randbedingung einen Bauraum, eine Anordnung mindestens eines Anbindungspunkts, einen Wert einer Belastung, eine Richtung einer Belastung, eine Position einer Belastung und/oder eine Materialeigenschaft aufweist. Das Vorgeben des Strukturmodells weist ferner ein (z. B. rechnergestütztes) Erstellen, vorzugsweise iteratives Erstellen, des Strukturmodells basierend auf der mindestens einen vorgegebenen Randbedingung, vorzugsweise mittels eines Topologieerzeugungsalgorithmus (z. B. Topologieoptimierungsalgorithmus), auf.
Vorzugsweise kann sich der hierin verwendete Ausdruck „Erstellen eines Freiformbiegebauteils“ darauf beziehen, dass das Freiformbiegebauteil modellhaft erstellt wird. In einigen Varianten kann sich der Ausdruck darauf beziehen, dass das Freiformbiegebauteil physisch erstellt, also gebogen bzw. hergestellt, wird.
Die zuvor beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen und Merkmale der Erfindung sind beliebig miteinander kombinierbar. Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Es zeigt:

1 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines Freiformbiegebauteils gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung.

Die 1 zeigt Verfahrensschritte eines Verfahrens zum Erstellen eines Freiformbiegebauteils. Das Verfahren weist die Schritte S10, S18 und S20 auf. Das Verfahren kann weitere Verfahrensschritte und Verfahrensunterschritte aufweisen, wie nachfolgend beschrieben ist.
In einem Verfahrensschritt S10 wird ein Strukturmodell 10 vorgegeben. Bevorzugt wird das Strukturmodell 10 rechnergestützt vorgegeben. Das Strukturmodell 10 kann einem Benutzer bspw. innerhalb einer grafischen Benutzeroberfläche (GUI) anzeigbar sein.
Das Strukturmodell 10 kann lediglich bereitgestellt werden, ohne dass es darauf ankommt, wie das Strukturmodell 10 erstellt wurde. Besonders bevorzugt ergibt sich das Strukturmodell 10 jedoch als Ergebnis einer rechnergestützten Topologieerzeugung, vorzugsweise einer Topologieoptimierung oder anderweitigen Optimierung, wie nachfolgend erläutert ist.
In einem Verfahrensschritt S12 kann mindestens eine Randbedingung 12, 14, 16 zum Erstellen des Strukturmodells 10 vorgegeben werden. Es versteht sich, dass die in 1 eingezeichneten Randbedingungen 12, 14, 16 lediglich zur Illustration dienen, um das zugrundeliegende Prinzip zu beschreiben. Die Randbedingungen 12, 14, 16 sind im Ausführungsbeispiel derart gewählt, dass ein Strukturmodell einer Gitterrahmenstruktur eines Omnibusses erstellt wird.
Die Randbedingung 12 kann bspw. ein vorgegebener Bauraum sein, der das zu erstellende Strukturmodell begrenzt. Die Randbedingungen 14 können Anbindungspunkte zu anderen vorgegebenen Komponenten, an die das zu erstellende Strukturmodell 10 anzubinden ist, angeben. Die Randbedingungen 16 können Belastungen angeben, denen die aus dem zu erstellenden Strukturmodell 10 abgeleitete physische Struktur widerstehen muss. Die Belastungen können als Wert, Position und/oder Richtung angegeben werden. Als weitere Randbedingung kann bspw. eine Materialeigenschaft für eines oder mehreren Materialien, die zum Herstellen zur Verfügung stehen, vorgegeben werden. Hier kommen bspw. eine Dichte, Elastitzität, Festigkeit, Härte, Nachgiebigkeit (Duktilität) und/oder Sprödigkeit in Betracht.
Im Verfahrensschritt S14 kann das Strukturmodell 10, vorzugsweise iterativ, auf Basis der vorgegebenen Randbedingungen 12, 14, 16 erstellt werden. In Wiederholungsschleifen kann das jeweils erstellte Strukturvormodell immer weiter zur Erfüllung der Randbedingungen angepasst werden. Bei der Erstellung können Topologieerzeugungsalgorithmen eingesetzt werden, die aus den vorgegeben Randbedingungen 12, 14, 16 iterativ das Strukturmodell 10 erstellen.
Im Verfahrensschritt S16 kann schließlich das Strukturmodell 10 vorliegen. Wie erwähnt, ist in 1 rein beispielhaft das Strukturmodell 10 eines Gitterrahmens eines Omnibusses dargestellt.
Das Strukturmodell 10 gibt vorzugsweise eine bspw. optimierte Verteilung eines oder mehrerer Materialien zu einer zusammenhängenden dreidimensionalen Struktur an. Das Strukturmodell 10 kann eine Topologie einer dreidimensionalen Struktur angeben. Vorzugsweise kann das Strukturmodell eine integral-einstückige Struktur aus miteinander verbundenen, stabförmigen Strukturbereichen angeben. Bevorzugt können die stabförmigen Strukturbereiche winkelig, gebogen und/oder gekrümmt ineinander übergehen. Bevorzugt kann das Strukturmodell 10 ein Modell einer Tragstruktur sein. Die Tragstruktur kann bspw. eine Tragstruktur eines Kraftfahrzeugs, vorzugsweise eines Nutzfahrzeugs, sein. Die Tragstruktur kann bspw. ein Gitterrahmen bzw. ein Abschnitt eines Gitterahmens sein.
Prinzipiell kann das Strukturmodell 10 ein Modell eines Bauteils oder eines ganzen Produkts sein. Das Strukturmodell 10 kann als ein globales Modell vorliegen. Entscheidend kann hierbei sein, dass das Strukturmodell 10 an sich nicht einfach herstellbar ist. Stattdessen kann es notwendig sein, das Strukturmodell 10 in jeweils herstellbare kleinere Strukturen zu zerlegen. Gemäß der vorliegenden Offenbarung kann hierbei die Zerlegung derart durchgeführt werden, dass eine mittels Freiformbiegen herstellbare (Unter-)Struktur aus dem Strukturmodell 10 abgeleitet wird.
In einem Verfahrensschritt S18 wird mindestens ein Suchkriterium vorgegeben, das mindestens ein mittels Freiformbiegen herstellbares Geometriemerkmal aufweist.
Bevorzugt kann als Suchkriterium vorgegeben sein, dass mindestens ein vorgegebenes Geometriemerkmal vorhanden ist. Alternativ oder zusätzlich kann als Suchkriterium vorgegeben sein, dass mindestens ein vorgegebenes Geometriemerkmal einen vorgegebenen Abmessungswert aufweist oder innerhalb eines vorgegebenen Abmessungswertebereichs liegt. Der Abmessungswertebereich kann bspw. als geschlossenes, halbgeschlossenes, offenes oder halboffenes Intervall angegeben sein.
Vorzugsweise kann die vorgegebene Geometrie ein gekrümmter und/oder krümmungsstetiger, stabförmiger Bauteilverlauf sein. Beispielsweise kann als Suchkriterium erfordert sein, dass der gekrümmte und/oder krümmungsstetige, stabförmiger Bauteilverlauf überhaupt vorhanden ist oder dass eine Krümmung des Bauteilverlaufs einen vorgegeben Wert aufweist oder innerhalb eines vorgegeben Wertebereichs liegt. Bevorzugt kann der Bauteilverlauf mehrere unterschiedliche Krümmungen aufweisen. Besonders bevorzugt kann zudem erfordert sein, dass die mehreren unterschiedlichen Krümmungen direkt aneinander angrenzen.
Vorzugsweise kann eine zusätzliche oder alternativ vorgegebene Geometrie einen Krümmungsradius oder mehrere (z. B. zwei, drei, vier usw.) Krümmungsradien aufweisen. Beispielsweise kann als Suchkriterium erfordert sein, dass der Krümmungsradius oder die Krümmungsradien überhaupt vorhanden ist bzw. sind oder dass der Krümmungsradius bzw. die Krümmungsradien einen vorgegeben Wert aufweisen oder innerhalb eines vorgegeben Wertebereichs liegen. Besonders bevorzugt kann in diesem Zusammenhang zudem erfordert sein, dass die mehreren Krümmungsradien unterschiedlich groß sind, die mehreren Krümmungsradien in unterschiedlichen Raumebenen liegen und/oder die mehreren Krümmungsradien direkt aneinander angrenzen. Es ist auch möglich, dass die mehreren Krümmungsradien jeweils einen Radiusmittelpunkt aufweisen, und die mehreren Radiusmittelpunkte auf unterschiedlichen Seiten bezüglich der Unterstruktur bzw. des Bauteils angeordnet sind. Bspw. kann sich der Bauteilverlauf zunächst mit einem ersten Krümmungsradius gekrümmt in eine erste Richtung erstrecken und anschließend mit einem zweiten Krümmungsradius in eine zweite Richtung erstrecken. Die erste Richtung und die zweite Richtung können in unterschiedlichen, sich schneidenden Ebenen liegen. Die erste Richtung und die zweite Richtung können auch entgegensetzt zueinander ausgerichtet sein, z. B. erste Richtung nach oben oder links und zweite Richtung nach unten oder rechts in einer Seitenansicht der Unterstruktur bzw. des Bauteils.
Optional kann das mindestens eine Suchkriterium zusätzlich mindestens eine Halbzeuganforderung mindestens eines zum Freiformbiegen verfügbaren Halbzeugs aufweisen. Vorzugsweise kann nur ein oder nur eine begrenzte Auswahl an Halbzeugen zur Verfügung stehen. Die mindestens eine Halbzeuganforderung kann eine Abmessung (z. B. Maximallänge, Minimallänge, Maximalbreite, Minimalbreite, Maximalhöhe und/oder Minimalhöhe), einen Profilquerschnitt und/oder ein Material des mindestens einen verfügbaren Halbzeugs aufweisen. Beispielsweise kann auf diese Weise eine maximale Länge und ein Profilquerschnitt (z. B. offen oder geschlossen, rund oder vieleckig) der verfügbaren Halbzeuge als Suchkriterien berücksichtigt werden.
Das mindestens eine Suchkriterium kann bspw. mittels einer Benutzerschnittstelle in einen Rechner bzw. Computer eingegeben werden. Es ist auch möglich, dass das mindestens eine Suchkriterium von einer Datenquelle abgerufen oder übermittelt wird. Bspw. kann die mindestens eine Halbzeuganforderung aus einer Datenbank abgerufen oder übermittelt werden. Die Datenbank kann die verfügbaren Halbzeuge und den verfügbaren Halbzeugen zugeordnete Informationen (z. B. Abmessung, Profilquerschnitt und/oder Material) aufweisen.
Es versteht sich, dass der Verfahrensschritt S18 nicht zwingend chronologisch nach dem Verfahrensschritt S16 bzw. S10 auszuführen ist, sondern bspw. parallel dazu oder auch vorher ausgeführt werden kann.
In einem Verfahrensschritt S20 wird das vorgegebene Strukturmodell 10 zum Auffinden einer Unterstruktur 18, die das mindestens eine Suchkriterium erfüllt, durchsucht.
Das Durchsuchen kann rechnergestützt durchgeführt werden, vorzugsweise innerhalb der grafischen Benutzeroberfläche. Das Durchsuchen selbst kann manuell und/oder automatisiert erfolgen. Es kann mittels rechnergestützter Suchalgorithmen in dem Strukturmodell 10 nach Abschnitten gesucht werden, die das mindestens eine Suchkriterium erfüllen. Es können rechnerseitig Vorschläge für einen Benutzter zum Durchsuchen geeigneter Abschnitte des Strukturmodells 10 gemacht werden. Es ist auch möglich, dass benutzerseitig ein bestimmter Abschnitt im Strukturmodell 10 zur rechnerseitigen Prüfung auf die Erfüllung des mindestens einen Suchkriteriums ausgewählt wird.
Wenn das Durchsuchen im Verfahrensschritt S20 erfolgreich war und eine Unterstruktur 18 aufgefunden wurde, d.h. Schritt S22 (+), liegt im Schritt S24 die Unterstruktur 18 vor. Aus der Unterstruktur 18 kann ein Freiformbiegebauteil zunächst rechnergestützt erstellt und anschließend physisch erstellt, also hergestellt, werden.
Die Unterstruktur 18 kann bevorzugt ein Ausschnitt aus dem Strukturmodell 10 sein. Typischerweise weist die Unterstruktur 18 mehrere winkelig, gebogen und/oder gekrümmt ineinander übergehende Stabkörper auf, die für das Ausführungsbeispiel in 1 mit den Bezugszeichen 20, 22, 24 und 26 versehen sind.
Bevorzugt kann die Unterstruktur 18 wiederum in der grafischen Benutzeroberfläche anzeigbar und optional anpassbar sein. Die Anpassung kann manuell und/oder automatisiert erfolgen. Bspw. kann ein Bauteilverlauf der Unterstruktur geglättet werden und/oder eine Kante in einen Radius verändert werden.
Wenn hingegen das Durchsuchen im Verfahrensschritt S20 nicht erfolgreich war und keine Unterstruktur gefunden wurde, d.h. Schritt 22(-), kann das Verfahren bspw. abgebrochen werden oder zurück zum dem Verfahrensschritt S18 springen.
Im optional erneut durchzuführenden Verfahrensschritt S18 kann das mindestens eine vorgegebene Suchkriterium angepasst werden. Die Anpassung kann bspw. derart erfolgen, dass das mindestens eine Suchkriterium abgemildert, verkürzt oder aufgeweicht wird, vorzugsweise derart, dass mehr Abschnitte in dem Strukturmodell 10 als Kandidaten für das Freiformbiegeteil gefunden werden können.
Alternativ kann mindestens ein alternatives Suchkriterium für eine Wiederholung vorgegeben werden. Ähnlich zu dem initial vorgegebenen Suchkriterium weist das mindestens eine alternative Suchkriterium mindestens ein mittels Freiformbiegen herstellbares Geometriemerkmal und vorzugsweise mindestens eine Halbzeuganforderung mindestens eines zum Freiformbiegen zur Verfügung stehenden Halbzeugs auf. Das mindestens eine alternative Suchkriterium kann vorzugsweise mit dem Ziel vorgegeben werden, dass in vorherigen Durchläufen nicht in Frage gekommene Kandidaten für das Freiformbiegeteil gefunden werden können.
Es ist möglich, dass mehrere Gruppen von Suchkriterien vorhanden sind, die nacheinander zum Durchsuchen des Strukturmodells 10 angewendet werden. Bspw. kann jede Gruppe ein anderes verfügbares Halbzeug mit mindestens einem für das jeweilige Halbzeug mittels Freiformbiegen herstellbaren Geometriemerkmal verknüpfen.
Die Wiederholung der Schritte S18 und S20 kann bis zum Eintreten eines vorgegebenen Abbruchkriteriums durchgeführt werden. Bspw. kann so lange wiederholt werden, bis eine Unterstruktur 18 gefunden wurde, eine vorbestimmte Anzahl an Wiederholungen erreicht wird oder alle verfügbaren Suchkriterien verwendet wurden.
Aus der im Schritt S24 vorliegenden Unterstruktur 18 kann eine, vorzugsweise krümmungsstetige, Biegelinie 28 ermittelt werden. Die Biegelinie 28 gibt einen räumlichen Verlauf der Unterstruktur 18 und vorzugsweise eine Orientierung der Unterstruktur 18 entlang des räumlichen Verlaufs an. Die Biegelinie 28 enthält bspw. Informationen über die Krümmung(en) des Bauteils bzw. der Unterstruktur 18 und optional eine Profilorientierung im Verhältnis zur Biegelinie 28 für das ausgewählte Halbzeug. Bevorzugt ist die Biegelinie 28 die Linie der Profilschwerpunkte der Unterstruktur 18 bzw. des ausgewählten Halbzeugs. Sofern das ausgewählte Halbzeug ein Rundrohrprofil aufweist, kann die Ausrichtung des Profils nur bei geschweißten Rohren eine Rolle spielen. Bei nichtrunden Profilquerschnitten des Halbzeugs kann außerdem die Profilorientierung im Raum von Bedeutung sein.
In einem Verfahrensschritt S28 kann ein Datensatz vorgegeben werden. Der Datensatz kann angeben, wie ein Werkzeug der Freiformbiegemaschine zu verfahren ist, um basierend auf einer vorgebbaren Biegelinie ein entsprechend der vorgebbaren Biegelinie gebogenes Freiformbiegebauteil herzustellen.
Der Datensatz kann auf unterschiedliche Weise erstellt werden. Der Datensatz kann bspw. mittels Simulationen des Freiformbiegens an der Freiformbiegemaschine für mindestens ein Werkzeugsetup, unterschiedliche herzustellende Geometriemerkmale und/oder unterschiedliche Halbzeuge und einer die Simulationsergebnisse enthaltenen Datenbank erstellt werden. Der Datensatz kann bspw. auch iterativ und mittels mehrerer Wiederholungen durch Versuch und Irrtum und/oder erfahrungsbasiert ermittelt werden. Zur Ermittlung können auch andere Methodiken verwendet werden.
Es versteht sich, dass der Verfahrensschritt S28 nicht zwingend chronologisch nach dem Verfahrensschritt S26 auszuführen ist, sondern bspw. bereits vor dem Vorgeben des Strukturmodells 10 ausgeführt werden kann.
In einem Verfahrensschritt S30 kann auf Basis der ermittelten Biegelinie 28 und des vorgegebenen Datensatzes eine Einstellung der Freiformbiegemaschine vorgenommen werden. Auf Basis des vorgegebenen Datensatzes kann berechnet werden, wie die Freiformbiegemaschine einzustellen ist, um das Freiformbiegebauteil 30 herzustellen, das die Biegelinie 28 aufweist. Die Einstellung kann somit spezifisch für das jeweils auf Basis der ermittelten Biegelinie 28 herzustellende Freiformbiegebauteil vorgenommen werden. Die Einstellung kann Parameter für die Kinematik der Werkzeuge der Freiformbiegemaschine in Abhängigkeit von einer Prozessgeschwindigkeit, einer Auslenkung der Werkzeuge und des Werkzeugsetups (Anordnung und Auswahl der Werkzeuge) angeben. Die Einstellung kann als Maschinencode an die Freiformbiegemaschine übertragen werden.
In einem Verfahrensschritt S32 können auf Basis der ermittelten Biegelinie 28 und des vorgegebenen Datensatzes Fertigungsvorgaben für das ausgewählte Halbzeug ermittelt werden. Es ist möglich, dass die Fertigungsvorgaben zusätzlich auf Basis der Eistellung der Freiformbiegemaschine ermittelt werden. Die Fertigungsvorgaben können bevorzugt eine Länge des ausgewählten Halbzeugs und/oder mindestens eine Toleranz für mindestens eine Abmessung (z. B. Breite, Länge, Höhe usw.) des ausgewählten Halbzeugs aufweisen.
In einem Verfahrensschritt S34 kann das Freiformbiegebauteil 30 letztlich mittels der eingestellten Freiformbiegemaschine aus einem gemäß den ermittelten Fertigungsvorgaben gefertigten Halbzeug umgeformt bzw. freiformgebogen werden. Beim Freiformbiegen kann das Halbzeug zur Umformung zu dem Freiformbiegebauteil 30 unter Vorschub entlang seiner Längsachse und unter gleichzeitigem Biegen mittels mindestens eines Werkzeugs entlang mindestens einer quer zur Längsachse orientierten Querachse des Halbzeugs umgeformt werden.
Es ist möglich, dass eine Dokumentation der Verfahrensschritte S10 bis S34 und gegebenenfalls Wiederholungen bzw. Rückschritte durchgeführt wird. Die Dokumentation kann eine lückenlose Nachverfolgung des Entwicklungs- und Produktionsweges ermöglichen.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen. Insbesondere beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von den in Bezug genommenen Ansprüchen. Insbesondere sind die einzelnen Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 jeweils unabhängig voneinander offenbart. Zusätzlich sind auch die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von sämtlichen Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 offenbart.
Bezugszeichenliste

10: Strukturmodell
12: Randbedingung
14: Randbedingung
16: Randbedingung
18: Unterstruktur
20: Stabkörper
22: Stabkörper
24: Stabkörper
26: Stabkörper
28: Biegelinie
30: Freiformbiegebauteil
S10-S34: Verfahrensschritte

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 10173255 B2 [0004]
WO 2020/182422 A1 [0005]

Claims

Verfahren zum Erstellen eines Freiformbiegebauteils (30), aufweisend: Vorgeben eines Strukturmodells (10); Vorgeben mindestens eines Suchkriteriums, das mindestens ein mittels Freiformbiegen herstellbares Geometriemerkmal aufweist; und Durchsuchen des vorgegebenen Strukturmodells (10) nach einer Unterstruktur (18), die das mindestens eine Suchkriterium erfüllt, zum Erstellen des Freiformbiegebauteils (30).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei: das Strukturmodell (10) eine Verteilung mindestens eines Materials zu einer zusammenhängenden dreidimensionalen Struktur, und/oder eine Topologie einer dreidimensionalen Struktur angibt; und/oder das Strukturmodell (10) eine integral-einstückige Struktur aus miteinander verbundenen, stabförmigen Strukturbereichen angibt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei: das Strukturmodel ein Modell eines Gitterrahmens eines Lastkraftwagens oder eines Omnibusses ist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei: die Unterstruktur (18) ein Ausschnitt aus dem Strukturmodell (10) ist; und/oder die Unterstruktur (18) mehrere winkelig, gebogen und/oder gekrümmt ineinander übergehende Stabkörper (20, 22, 24, 26) aufweist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei: das mindestens eine Geometriemerkmal ein Vorhandensein einer vorgegebenen Geometrie und/oder einen Abmessungswert oder einen Abmessungswertebereich einer vorgegebenen Geometrie aufweist.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei: die vorgegebene Geometrie einen gekrümmten und/oder krümmungsstetigen, stabförmiger Bauteilverlauf aufweist, vorzugsweise mit mehreren unterschiedlichen Krümmungen, besonders bevorzugt direkt aneinander angrenzend.
Verfahren nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, wobei: die vorgegebene Geometrie einen Krümmungsradius oder mehrere Krümmungsradien aufweist.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei: die mehreren Krümmungsradien unterschiedlich groß sind; und/oder die mehreren Krümmungsradien in unterschiedlichen Raumebenen liegen, und/oder die mehreren Krümmungsradien direkt aneinander angrenzen; und/oder die mehreren Krümmungsradien jeweils einen Radiusmittelpunkt aufweisen, und die mehreren Radiusmittelpunkte auf unterschiedlichen Seiten bezüglich des Bauteilverlaufs angeordnet sind.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei: das mindestens eine Suchkriterium mindestens eine Halbzeuganforderung mindestens eines zum Freiformbiegen verfügbaren Halbzeugs aufweist, und optional die mindestens eine Halbzeuganforderung eine Abmessung, einen Profilquerschnitt und/oder ein Material des mindestens einen verfügbaren Halbzeugs aufweist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei: das Durchsuchen rechnergestützt durchgeführt wird; und/oder das Durchsuchen manuell oder automatisiert durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei: das Vorgeben des mindestens einen Suchkriteriums und das Durchsuchen wiederholt wird, für jede Wiederholung das mindestens eine Suchkriterium angepasst oder ersetzt wird durch mindestens ein alternatives Suchkriterium, das mindestens ein mittels Freiformbiegen herstellbares Geometriemerkmal und vorzugsweise mindestens eine Halbzeuganforderung mindestens eines zum Freiformbiegen zur Verfügung stehenden Halbzeugs aufweist, wobei vorzugsweise so lange wiederholt wird, bis die Unterstruktur (18) gefunden wird, eine vorbestimmte Anzahl an Wiederholungen erreicht wird oder alle verfügbaren Suchkriterien verwendet wurden.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner aufweisend: Ermitteln einer, vorzugsweise krümmungsstetigen, Biegelinie (28), die einen räumlichen Verlauf der Unterstruktur (18) und vorzugsweise eine Orientierung der Unterstruktur (18) entlang des räumlichen Verlaufs angibt.
Verfahren nach Anspruch 12, ferner aufweisend: Vorgeben eines Datensatzes, der angibt, wie ein Werkzeug der Freiformbiegemaschine zu verfahren ist, um basierend auf einer vorgebbaren Biegelinie ein entsprechend der vorgebbaren Biegelinie gebogenes Freiformbiegebauteil (30) zu erstellen, wobei das Verfahren ferner aufweist: Einstellen der Freiformbiegemaschine in Abhängigkeit von der ermittelten Biegelinie (28) und dem vorgegebenen Datensatz; und/oder Ermitteln von Fertigungsvorgaben für das ausgewählte Halbzeug, vorzugsweise eine Länge des ausgewählten Halbzeugs und/oder mindestens eine Toleranz für eine Abmessung des ausgewählten Halbzeugs, in Abhängigkeit von der ermittelten Biegelinie (28) und dem vorgegebenen Datensatz.
Verfahren nach Anspruch 13, ferner aufweisend: Umformen des gemäß den ermittelten Fertigungsvorgaben gefertigten Halbzeugs mittels der eingestellten Freiformbiegemaschine zu dem Freiformbiegebauteil (30).
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Vorgeben des Strukturmodells (10) aufweist: Vorgeben mindestens einer Randbedingung (12, 14, 16) zum Erstellen des Strukturmodells (10), wobei die mindestens eine Randbedingung (12, 14, 16) einen Bauraum, eine Anordnung mindestens eines Anbindungspunkts, einen Wert einer Belastung, eine Richtung einer Belastung, eine Position einer Belastung und/oder eine Materialeigenschaft aufweist; und Erstellen, vorzugsweise iteratives Erstellen, des Strukturmodells (10) basierend auf der mindestens einen vorgegebenen Randbedingung (12, 14, 16), vorzugsweise mittels eines Topologieerzeugungsalgorithmus.