Witte, Andreas (Roggenkamp 4, Bleckede, 21354, DE)
| 1. | Verfahren zur Erzeugung eines Formmodells, insbesondere für Karosserieteile von Kraftfahrzeugen, gekennzeichnet durch folgende Merkmale : a) Aufbereitung des Flächenmodells im CADFormat eines CADSystems ; b) Erzeugung von Spantenkonturen durch Schnitte (1) in dem CADSystem durch ein entsprechendes Programm (Fig. 1) ; c) Erzeugung von Spanten (2) in dem CADSystem mit Steckschlitzen, Befestigungsmitteln und ggf. weite ren Positionierhilfen (Fig. 2) ; d) Herstellung der Spanten (2) aus Blech mit den in c) ermittelten Parametern (Fig. 4) ; e) Verbinden der Spanten (2) zu einem Fachwerk entspre chend der unter a) erzeugten Schnitte (Fig. 3) ; Bilden einer Auftragfläche für eine Modellpaste (6) auf dem Fachwerk (Fig. 5, Fig. 11) ; g) Auftragen der Modellpaste (6) auf die Auftragfläche (Fig. 6) ; h) Bearbeiten der erhärteten Modellpaste zur Erzeugung des gewünschten Endzustandes des Formmodells (Fig. 7). |
| 2. | Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt f) die Auftragfläche durch Befestigen eines Trägeroder Armierungsgitters (5) auf dem Fachwerk (Fig. 5) gebildet wird. |
| 3. | Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt f) die Auftragfläche durch Einsetzen von Ma terialelementen (13), vorzugsweise Hartschaumstoffblö cken, in die Zwischenräume zwischen den Spanten (2) des Fachwerks, Befestigen der Materialelemente (13) und Ab fräsen des überschüssigen Materials bis zur Oberfläche des Fachwerks gebildet wird (Fig. 11). |
| 4. | Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt f) die Auftragfläche durch Aufsetzen von die Zwischenräume zwischen den Spanten (2) des Fachwerks ü berdeckenden, durch ein Lasersinterverfahren in der ge wünschten Oberflächenkontur hergestellten Kunststoffka cheln (15) auf die Spanten (2) des Fachwerks gebildet wird (Fig. 11). |
| 5. | Formmodell, gekennzeichnet durch die Herstellung nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4. |
| 6. | Formmodell hergestellt durch ein Verfahren gemäß An spruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungs mittel für das Gitter (5) durch an den Spanten (2) ange wachsene Zapfen (3) gebildet sind (Fig. 9). |
| 7. | Formmodell nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die angewachsenen Zapfen (3) länger sind als die Dicke der aufgetragenen Modellpaste (6) und beim Bearbeiten der Modellpaste (6) entsprechend gekürzt werden. |
| 8. | Formmodell hergestellt nach durch ein Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Befesti gungsmittel für das Gitter (5) durch Drahtschlingen oder Klammern (11) gebildet sind, die in Öffnungen (10) in den Spanten (2) eingreifen (Fig. 10). |
| 9. | Formmodell hergestellt durch ein Verfahren gemäß An spruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialele mente (13) an ihren an den Spanten (2) anliegenden Rän dern Ausnehmungen (14) aufweisen, die zwischen den Span ten (2) und den Materialelementen (13) Taschen bilden, in die die Modellpaste (6) eindringen kann. |
| 10. | Formmodell nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialelemente (13) 7 bis 13 mm tiefer als die tiefste Konturstelle der angrenzenden Spanten (2) in das Fachwerk eingesetzt sind. |
| 11. | Formmodell nach einem der vorstehenden Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in den Spanten (2) Ras teröffnungen (12) zur Befestigung an einem Grundrahmen (7) vorgesehen sind (Fig. 8). |
Formmodelle (Design, DKM, Cubings, Mock-Ups) für mittlere bis große Objekte, wie z. B. PKWs werden zur geschmacklichen, benutzungsfreundlichen Beurteilung und als Referenz-/Urform eingesetzt. Trotz der Möglichkeit, ein realitätsnahes Modell im Computer zu erzeugen (Digital Mock Up), wird zumindest bei Neuentwicklungen und Prototypen ein reales Modell benö- tigt.
In der Regel werden zwei oder mehrere separate Modelle her- gestellt, die jeweils einen Teil des Gesamtobjekts repräsen- tieren (z. B. Außenform und Innenform).
Der Aufbau für ein Kfz-Außenmodell besteht aus einem Grund- rahmen mit größtenteils orthogonal zueinander angeordneten Positionier-und Anschraubflächen an dem mehrere Einzelfor- <BR> <BR> men (z. B. Kotflügel, Türen, Seitenwand usw. ) in Originallage angebracht werden.
Die Einzelmodelle wurden bisher hergestellt : 1) aus einem einteiligen Materialblock (Aluminium, Kunst- stoff, Schaumstoff) zerspant 2) aus einem mehrteiligen, geklebten Materialblock zerspant 3) aus einem Gußwerkstück (vorherige Herstellung einer Form nötig) zerspant 4) aus Spanten und einer übergespannten Haut (Folie, Blech) Vorteile Nachteile 1) keine Form nötig hoher Material-und Zeit- verbrauch, Verformung durch Eigenspan- nungen, hohes Gewicht (Metall) 2) keine Form nötig, sichtbare Klebefugen, geringerer Material- verbrauch Verformung durch Eigenspan- zu 1) nungen, hohes Gewicht 3) geringerer Material-und aufwendige Guß-Form nötig Zeitverbrauch, geringeres Gewicht zu 1) und 2) 4) geringerer Material-und ungenaue Endform bzw. hoher Zeitverbrauch, Zeit- geringes Gewicht aufwand für Nacharbeit Besonders für die Ausführungen 1 bis 3 werden sehr stabile, schwere Rahmen benötigt, da das Gesamtgewicht sehr hoch ist.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erzeugung eines Formmodells der geschilderten Art zu schaffen, das kostengünstig hergestellt werden kann und leichter ist, als die vergleichbaren bekannten Formmodelle, so daß es auf herkömmlichen leichten Grundrahmen befestigt werden kann, insbesondere unter Ausnutzung der durch den Grundrahmen vorgegebenen Rastersysteme zur Befestigung.
Derartige Grundrahmen können nach einem Rastersystem aufge- baut werden, das beispielsweise aus der EP 222 147 bekannt ist.
Die Aufgabe wird grundsätzlich durch die Verfahrensschritte nach Anspruch 1 gelöst.
Die mit Hilfe der Schnitte in dem CAD-System erzeugten Span- ten und ggf. Hilfsspanten werden zu dem Fachwerk zusammenge- fügt, beispielsweise durch Zusammenstecken mit Hilfe ent- sprechend ausgebildeter Steckschlitze. Auf diesen Spanten wird die Auftragfläche für die Modellpaste, z. B. in Form ei- nes Träger-oder Armierungsgitters, beispielsweise aus Streckmetall, befestigt. Die Kontur ist dann kleiner als die gewünschte Endkontur. Hierauf wird dann die Modellpaste auf- gebracht, die erhärtet und ein festes räumliches Gebilde bildet. Die Formkontur ist nunmehr größer als diejenige des herzustellenden Modells. Nun wird dieser Rohkörper mecha- nisch bearbeitet, so daß das Formmodell in seinem gewünsch- ten Endzustand entsteht. Dieses relativ leichte Gebilde kann dann auf einem Grundrahmen befestigt werden. Auf der Innen- seite sind vorzugsweise an den Spanten Öffnungen vorgesehen, die das Befestigen an einem Grundrahmen ermöglichen, wobei die Abmessungen und Raster der Öffnungen mit denjenigen in dem Grundrahmen übereinstimmen können. Weiterhin können an den Spanten in den Hohlräumen im Inneren weitere Funktions- elemente wie Fensterheber und dgl. befestigt werden.
Eine andere Möglichkeiten, die Auftragfläche auf dem Fach- werk aus den Spanten aufzubauen bestehen darin, in die Zwi- schenräume zwischen den Spanten Materialelemente, z. B. Hart- schaumstoffblöcke, einzusetzen, dort zu befestigten und das überschüssige Material bis zur Oberfläche des Fachwerkes abzufräsen. Schließlich kann die Auftragfläche auch aus mit Hilfe eines Lasersinterverfahrens exakt in der erforderli- chen Kontur hergestellten, auf das Fachwerk aufgesetzten Ka- cheln gebildet werden. Die Auftragfläche, egal wie sie ge- bildet wird, sollte in die Tiefe des Fachwerkes reichende Öffnungen aufweisen, in die die Modellpaste eindringen kann.
Auf diese Weise kann sich die Modellpaste innig mit dem Fachwerk verbinden und hält sicher auf der Auftragfläche.
Wird ein Träger-bzw. Armierungsgitter verwendet können an- gewachsene Zapfen an den Spanten als Befestigungsmittel die- nen, die ggf. auch ein Maß für die Dicke der aufzubringenden Modellpaste darstellen. Es sind aber auch andere Befesti- gungsmittel wie Schlingen und Klammern denkbar.
Das fertige Modell kann direkt und positioniergenau an dem Grundrahmen befestigt. werden. Es ist eigenstabil, leicht und schnell herzustellen. Die Notwendigkeit eines sehr stabilen und schweren Grundrahmens entfällt. Das Gesamtgewicht sinkt erheblich. Durch die Verwendung dünner Spantenbleche in großzügigen Abständen können die verbleibenden Hohlräume zum Einbau weiterer Funktionselemente und zur Ausbildung von Öffnungen genutzt werden.
Im folgenden wird die Erfindung unter Hinweis auf die Zeich- nung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigt : Fig. 1 eine schematische Ansicht der Schnitte eines Flä- chenmodells im CAD-System ; Fig. 2 die entsprechend der Schnitte in dem CAD-System dar- gestellten Spanten ; Fig. 3 die Darstellung der Fig. 2 in dem CAD-System mit eingeblendetem Formmodell im Endzustand ; Fig. 4 die Konturen der einzelnen Spanten zugeordnet zu ei- ner der Fig. 2 entsprechenden Darstellung, jedoch von der Rückseite des Spantenmodells ; Fig. 5 das durch die Spanten erzeugte räumliche Fachwerk mit einem aufgebrachten Trägergitter ; Fig. 6 das Rohmodell nach dem Aufbringen der Modellpaste ; Fig. 7 das fertige Formmodell nach dem Bearbeiten ; Fig. 8 das fertiggestellte Formmodell befestigt an einem Grundrahmen ; Fig. 9 einen Schnitt durch eine Ausführungsform eines Form- modells mit an den Spanten angewachsenen Zapfen zur Befestigung des Trägergitters ; Fig. 10 einen der Fig. 9 entsprechenden Schnitt durch eine andere Ausführungsform, bei der das Trägergitter mit Hilfe von Schlingen oder Klammern befestigt wurde ; Fig. 11 einen Ausschnitt aus einem Fachwerk zur Erzeugung eines Formmodells mit Alternativen zum Trägergitter für die Erzeugung der Auftragfläche, nämlich zum ei- nen in die Fachwerkzwischenräume eingebrachten Hart- schaumstoffblöcken, zum anderen auf die Fachwerkzwi- schenräume aufgesetzten Kunststoffkacheln ; Fig. 12 eine Ansicht des in Fig. 11 gezeigten Fachwerks von unten ; und Fig. 13 in vergrößerter Darstellung eine auf das Fachwerk aufgesetzte Kunststoffkachel.
Mit Hilfe der Zeichnung werden die einzelnen wesentlichen Schritte zur Herstellung des Formmodells näher erläutert.
Fig. 1 zeigt im CAD-System erzeugte Darstellung der Schnitte durch das Formmodell. Diese Schnitte 1 dienen zur Erzeugung und Darstellung der Spanten 2 zum Aufbau des räumlichen Fachwerkes so wie in Fig. 2 dargestellt. Die in Fig. 2 dar- gestellte Ausführungsform ist mit angewachsenen Zapfen 3 zur Befestigung eines Trägergitters versehen. Es sind aber auch andere Befestigungsmittel denkbar.
Fig. 3 zeigt im CAD-System eine Darstellung der Fig. 2 mit eingeblendetem Formmodell 4.
Mit Hilfe der CAD-Darstellung werden dann die einzelnen Spanten in ihren Konturen dargestellt (Fig. 4), so daß sie aus relativ dünnem Blech hergestellt werden können. Diese Spanten werden dann zu einem räumlichen Fachwerk zusammenge- setzt, so wie es in der CAD-Darstellung nach Fig. 2 gezeich- net ist. Auf diesem räumlichen Fachwerk, gebildet durch die Spanten 2, wird in einem Ausführungsbeispiel ein Streckgit- ter 5 (Fig. 5) befestigt, das ein Träger-oder Armierungs- gitter bildet. Auf dieses Gitter wird dann eine Modellpaste aus zwei Komponenten Epoxidharz aufgebracht, wie in Fig. 6 dargestellt ist. Es sind aber auch andere Modellpasten wie Gips, Ton oder andere Kunststoffe einsetzbar.
Nach dem Erhärten der aufgebrachten Modellpaste erfolgt eine mechanische Bearbeitung auf dem gewünschten Endzustand, so wie in Fig. 7 dargestellt. Das fertige Modell kann dann an einem Grundrahmen 7 befestigt werden (Fig. 8). Wie in Fig. 4 dargestellt befinden sich auf der Rückseite Rasterbohrungen 12, mit deren Hilfe das Formmodell an entsprechenden Raster- bohrungen des Grundrahmens 7 befestigt werden kann. Die Ras- terbohrungen dienen auch der Befestigung anderer Funktions- elemente, wenn dieses erwünscht ist.
In den Figuren 9 und 10 sind zwei unterschiedliche Ausfüh- rungsformen als Schnitt durch das fertiggestellte Modell dargestellt.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 9 sind an den Spanten 2 angewachsene Zapfen 3 vorhanden, auf die zum Halten des Streckgitters 5 Federringe 8 aufgesetzt sind. Die mit 6 be- zeichnete Modellpaste wurde, wie bei 9 angedeutet, mecha- nisch bearbeitet. Die mit 9 bezeichnete Schicht veranschau- licht symbolisch die mechanische Bearbeitung.
Die Ausführungsform nach Fig. 10 unterscheidet sich dadurch, daß anstelle der angewachsenen Zapfen Klammern 11 vorhanden sind, die in Öffnungen 10 eingreifen.
In Fig. 11 sind in einer Darstellung zwei Alternativen zur Bildung der Auftragfläche für die Modellpaste auf dem Fach- werk gezeigt. So können entweder Hartschaumstoffblöcke 13 in die Zwischenräume des Fachwerks eingesetzt und zur Formung der Auftragfläche bearbeitet werden, oder es können Kunst- stoffkacheln 15 auf die Spanten 2 aufgesetzt werden, die die Zwischenräume überdecken und die Auftragfläche bilden.
Im Falle der Hartschaumstoffblöcke 13 werden diese bspw. durch Wasserstrahlschneiden aus einer Hartschaumstoffplatte gewonnen. Das Hartschaumstoffmaterial kann bspw. Polystyrol sein. Am Rand sind die Hartschaumstoffblöcke 13 mit Ausneh- mungen 14 versehen, so daß die Ränder der Hartschaumstoff- blöcke 13 gewissermaßen gezahnt sind. Die Hartschaumstoff- blöcke 13 werden so in die Zwischenräume zwischen den Span- ten 2 eingesetzt, daß diese gegenüber jedem angrenzenden Spanten 2 mindestens etwa 10 mm in die Tiefe des Fachwerks ragen. Die Hartschaumstoffblöcke 13 werden dann mit den zwi- schen den Ausnehmungen 14 bestehenden Stegen an dem Fachwerk verklebt, und deren aus dem Fachwerk oben herausragenden Ab- schnitte werden durch Fräsen der Kontur des Fachwerks ange- paßt. Ein solchermaßen angepaßter Hartschaumstoffblock ist in der Fig. 11 mit 13a bezeichnet. In die zwischen den Aus- nehmungen 14 und den Spanten 2 gebildeten Taschen kann die dann aufzubringende Modellpaste eindringen.
Die alternativ zu verwendenden Kunststoffkacheln werden mit- tels eines Lasersinterverfahrens aus einem Kunststoffpulver direkt in der der Kontur angepaßten Form hergestellt. Dazu kann ebenfalls die CAD-Konturberechnung als Steuerungsgrund- lage für die Sintervorrichtung dienen. Die Kunststoffkacheln haben in ihrer Oberfläche Öffnungen 16 und am Rand Ausneh- mungen 17. Diese Öffnungen und Ausnehmungen dienen ebenfalls dazu, daß die später aufzubringende Modellpaste in das Ge- rüst aus Fachwerk und Aufbringungsfläche eindringen kann, um sich sicher und innig mit diesem zu verbinden.
In Fig. 12 ist das in Fig. 11 gezeigte Fachwerk in einer An- sicht von unten, in Fig. 13 ist ein Randabschnitt des Fach- werks mit aufzusetzender Kunststoffkachel 15 in vergrößerter Darstellung gezeigt.
Egal ob Gitter, Hartschaumstoffblöcke oder Kacheln die Auf- tragfläche bilden, wird zum Auftragen der Modellpaste und zum weiteren Herstellen des Formmodells prinzipiell wie oben beschrieben verfahren.
Die Arbeitsabfolge zur Herstellung des Formmodells kann wie folgt zusammengefaßt werden : - Aufbereitung des Flächenmodells im jeweiligen CAD-Format (Löschen nicht benötigter Partien wie Anschlußflansche, Falzungen usw., Schließen von Durchbrüchen und Bohrun- gen, Vergrößerung von Flächen in Richtung Grundrahmen) -Automatische Erzeugung der Spantkonturen durch Erzeugung von Schnitten (a) - Manuelle Nachbearbeitung bzw. Ergänzung von Spanten in bauteilspezifischen Regionen (b) - Schneiden der Spante aus einer Blechtafel (c) - Kleben und/oder Schrauben der Spante (d) - Aufbringen des Streckgitters, der Hartschaumstoffblöcke oder der Kunststoffkacheln als Auftragfläche (e) - Aufbringen der Modellpaste (Bepasten) (f) - Erstellen eines CNC-Zeilenfräsprogrammes und Bearbeitung des Modells (a) Durch ein Programm (Script, Makro), das innerhalb eines CAD-Systems ausgeführt wird und nach Eingabe von Parame- tern die notwendigen Rechenoperationen aufruft, werden die Spantkonturen automatisch erzeugt. Die zum Zusammen- stecken erforderlichen Schlitze und die Positionierboh- rungen werden automatisch generiert.
(b) In besonderen Bauteilregionen (z. B. Unstetigkeiten, Wechsel der Topologie, Engstellen) können zusätzliche Spanten manuell dazugefügt werden.
(c) Die erzeugten Konturen werden in ein CAD-neutrales For- mat konvertiert (DXF) und können ohne weitere manuelle Aufbereitung zum Schneiden (Laser, Wasserstrahl, Nib- beln, Fräsen) verwendet werden.
(d) Als Positionierhilfe dient ein Rahmen (e) Maschengitter, Folie, Streckgitter, Bänder, Drähte, Hartschaumstoffblöcke, lasergesinterte Kunststoffka- cheln, (f) z. B. Kunststoffpaste mit Metallpulverzusatz
Next Patent: METHOD FOR AUTOMATIC RISER GATE REMOVAL COMPENSATING FOR VARIANCE IN CASTING