DE10062836A1 - Verfahren zur Herstellung eines rohrförmigen Hohlkörpers - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines gebogenen rohrförmigen Hohlkörpers (1), der im Verlauf seiner Länge runde und/oder eckig geformte Bereiche sowie Bereiche mit Rundungen und/oder Einprägungen und/oder Abflachungen auf seiner Außenfläche aufweist und der auf seiner Länge in Achsrichtung vertikalen und/oder horizontalen Biegungen folgt. DOLLAR A Um derart komplex geformte Rohrkörper aus einer Blechplatine herstellen zu können, werden folgende Arbeitsschritte durchgeführt: DOLLAR A a) aus Blechmaterial wird ein Werkstück (2) in der Form einer Blechplatine gestanzt, wobei der Blechzuschnitt so gewählt wird, dass dieser in seiner Breite (b) ein vorbestimmtes Übermaß gegenüber den Abmessungen der theoretischen Abwicklung des fertiggestellten Hohlkörpers (1) aufweist, DOLLAR A b) in einer als Gesenk (3A, 3B) ausgebildeten Biegevorrichtung wird das Werkstück (2) vorgebogen, indem die Seitenbereiche des Blechzuschnitts zu einer U-Form hochgestellt werden, DOLLAR A c) in einem weiteren Biegewerkzeug, bestehend aus einem Werkzeugunterteil (5A, 5B) und einem Werkzeugoberteil (6A, 6B), wird der obere Teil der hochgestellten Seiten des Werkstücks (2) in den eckig zu verformenden Bereichen des Hohlkörpers in eine nach innen gerichtete Schrägstellung gebogen und in den zu verformenden Rundbereichen des Hohlkörpers erfolgt eine nach innen gerichtete Anrundung der Enden der hochgestellten Seiten, DOLLAR A d) das so vorgebogene Werkstück (2) wird in einem Presswerkzeug (8, 9) in seine ...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines gebogenen rohrförmigen Hohlkörpers, der im Verlauf seiner Länge runde und/oder eckig geformte Bereiche sowie Bereiche mit Rundungen und/oder Einprägungen und/oder Abflachungen auf seiner Aussenfläche aufweist und der auf seiner Länge in Achsrichtung vertikalen und/oder horizontalen Biegungen folgt.

Aus DE 195 04 736 C2 ist es bekannt, längsnahtgeschweißte Rohre nach dem sogenannten U- O-Formbiegeverfahren aus einem rechteckigen Blechteil herzustellen. Dieses Verfahren eignet sich zwar zum Herstellen von geraden Rohren mit einem gleichförmigen Querschnitt, jedoch ist es völlig untauglich, um rohrförmige Hohlkörper in einer komplexen Form gemäss vorstehend beschriebener Art herzustellen.

Derart komplex geformte Rohrkörper werden deshalb in der Praxis in aufwendigen und teuren Werkzeugen nach bekannten Hochleistungsumformverfahren hergestellt. In der Regel werden hierbei hydraulische Expandierverfahren eingesetzt. Der Nachteil dieser Herstellungsmethode liegt darin, dass maschinen- und verfahrenstechnisch aufwendige und teure Werkzeuge verwendet werden müssen, deren Einsatz sich oft aus Amortisationsgründen nicht lohnt oder einen hohen Stückpreis für die herzustellenden Teile zur Folge hat. Ferner hängt die gesamte Fertigung dann von der reibungslosen Einsatzfähigkeit dieses Werkzeuges ab. Im Falle von werkzeugseitigen Störungen ist die Produktion lahmgelegt, Reparaturen dauern oft lange und sind zudem mit hohen Kosten verbunden.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines rohrförmigen Hohlkörpers nach dem Oberbegriff zu schaffen, mit dem sich derart kompliziert geformte Rohrkörper in einfacher Weise und mit kostengünstigem Aufwand herstellen lassen.

Die Lösung dieser Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 erzielt. Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung.

Der durch das erfindungsgemäße Verfahren erzielbare Vorteil liegt insbesondere darin, dass eine Möglichkeit geschaffen wird, mit einfachen werkzeugtechnischen Vorrichtungen derart komplex geformte Hohlkörper rationell und kostengünstig in Serienfertigung herstellen zu können.

Ferner amortisieren sich die Investitionen in die notwendigen Werkzeuge in kurzer Zeit und die aus einfachen Einzelkomponenten bestehenden Werkzeugteile lassen sich bei Abnutzung bzw. reparaturbedingten Eingriffen schnell wieder ersetzen bzw. instandsetzen.

Weiterhin lässt sich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ein niedriger Stückpreis für Einzelteile realisieren.

Anhand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels wird das erfindungsgemäße Verfahren nachstehend näher erläutert. Die schematisch gehaltenen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 in perspektivischer Ansicht den rohrförmigen Hohlkörper als Fertigteil, mit den eingezeichneten Schnittebenen für die nachstehenden Zeichnungsdarstellungen Fig. 2 in Draufsicht den Blechzuschnitt für den zu verformenden rohrförmigen Hohlkörper,

Fig. 3 u. 4 die Schnittdarstellungen A-A und B-B des Werkstücks im ersten Umformungsschritt "Hochstellen der Seitenbereiche",

Fig. 5 u. 6 die Schnittdarstellungen A-A und B-B des Werkstücks im zweiten Umformungsschritt "Schrägstellen und Anrunden der Seitenbereiche",

Fig. 7 u. 8 die Schnittdarstellungen A-A und B-B des Werkstücks im dritten Umformungsschritt "Fertigbiegen in die Endform" in einer Zwischenphase,

Fig. 9 u. 10 die Schnittdarstellungen A-A und B-B des Werkstücks im dritten Umformungsschritt "Fertigbiegen zum Fertigteil" in der Endform.

Die Fig. 1 zeigt in perspektivischer Darstellung den durch das erfindungsgemässe Verfahren herzustellenden, rohrförmigen Hohlkörper (1) als Fertigteil. Aus dieser Zeichnung wird die Komplexität eines derartigen Teils deutlich. Der Hohlkörper (1) folgt auf seiner Länge horizontalen und vertikalen Biegungen in dreidimensionaler Richtung. Ferner besitzt er in seinen beiden Endbereichen eine eckige Ausbildung, während im mittleren Bereich der Hohlkörper mehr oder weniger als Rundform ausgebildet ist. Weiterhin können auf seiner Aussenfläche Bereiche mit Abflachungen, Senken und Erhebungen vorgesehen sein.

In der Fig. 2 ist das Werkstück (2) in Form einer Blechplatine als Ergebnis des ersten Arbeitsschrittes gezeigt. Aus Bandmaterial oder großformatigen Blechtafeln werden die einzelnen Stückteile gestanzt. Der Blechzuschnitt für das Werkstück (2) wird dabei so gewählt, dass die Breite (b) ein Mass aufweist, welches der theoretischen Abwicklung des fertiggestellten Hohlkörpers zuzüglich eines zu bestimmenden Übermasses entspricht. Dadurch erhält man jeweils das genaue Breitenmaß (b) für die später eckig bzw. rund zu verformenden Bereiche des Hohlkörpers. Ferner werden bei der Ermittlung des Breitenmasses (b) gegebenenfalls auch die durch weitere Verprägungen auf der Oberfläche geforderten Massvorgaben berücksichtigt.

Bei einem Werkstück (2), welches aufgrund seiner theoretischen Abwicklung an einem bestimmten Punkt 300 mm breit sein müsste, wird beispielsweise ein Übermass von 3 mm vorgesehen, so dass hier beim Stanzvorgang (b) mit 303 mm gewählt würde.

Insgesamt wird die Breite (b) des Werkstücks (2) empirisch ermittelt. Dabei ergeben sich Bereiche mit unterschiedlichen Breitenmaßen. Dies ist davon abhängig, wie die Biegungen des fertig geformten Rohrkörpers (1) verlaufen. Verläuft die Biegung des Rohrkörpers (1) entgegengesetzt zu der Seite, wo sich die Nahtstelle befindet, ergibt sich in diesem Bereich ein etwas höheres Übermaß für die Breite (b). Umgekehrt kann sich ein geringeres Übermaß ergeben, wenn die Biegung zu der Seite hingerichtet ist, auf der die Nahtstelle des Rohrkörpers platziert ist.

In den Fig. 3 bis 10 ist der Fertigungsablauf für den rohrförmigen Hohlkörper (1) dargestellt. Die Figuren zeigen jeweils die Schnittdarstellungen A-A und B-B an unterschiedlichen Punkten des Werkstücks (2). Der Schnitt A-A geht dabei durch den eckig und der Schnitt B-B geht durch den rund zu verformenden Teil des Werkstücks (2) während des jeweiligen Umformungsschrittes.

In den Fig. 3 u. 4 ist der erste Umformungsschritt " Hochstellen der Seitenbereiche" dargestellt. Das Biegewerkzeug besteht hierbei aus dem Gesenk (3A, 3B) und dem Stempel (4A, 4B). In diesem Arbeitsschritt wird das Werkstück (2) mit dem wie vorstehend ermittelten Blechzuschnitt in das Gesenk (3A, 3B) eingelegt und durch Niederfahren des Stempels (4A, 4B) werden die Seitenbereiche des Werkstücks (2) zu einer U-Form hochgestellt.

Das Gesenk (3A, 3B) und der Stempel (4A, 4B) weisen bereits die Formvorgaben für den Querschnitt des herzustellenden Hohlkörpers (1) in dessen unteren Bereich sowie für den vertikalen und horizontalen Biegungsverlauf auf. Ferner sind auch die auf diesem Teil der Oberfläche des Hohlkörpers geforderten Verformungen, wie Abflachungen im eckigen Bereich, Rundungen, Einprägungen usw. berücksichtigt.

Das Gesenk (3A, 3B) kann ferner noch mit einem nicht dargestellten Gegenhalter ausgebildet sein, falls es der Biegeprozess in diesem Verfahrensschritt wegen der komplexen Form des Werkstückes (2) erforderlich macht.

In den Fig. 5 u. 6 ist der Herstellungsabschnitt dargestellt, bei dem die hochgestellten Seiten des Werkstücks (2) zunächst in einem weiteren Biegewerkzeug vorgebogen werden. Das Biegewerkzeug besteht dabei aus einem Werkzeugunterteil (5A, 5B) und einem Werkzeugoberteil (6A, 6B). In den eckig zu verformenden Bereichen (A-A) des Werkstücks (2) werden dabei die hochgestellten Seiten in eine Schrägstellung gebracht, wobei in diesem Teil des Werkstückes ein die eckige Form verkörpernder Biegedorn (7) eingelegt wird. Die Schrägstellung wird in diesem Bereich vorzugsweise mit einem Winkel von 20-45° vorgesehen.

In den zu verformenden Rundbereichen (B-B) des Werkstücks (2) werden die hochgestellten Seitenbereiche lediglich an den Enden der oberen Endbereiche nur leicht vorgerundet. In diesem Teil des Werkstücks (2) wird kein Dorn eingelegt.

Das so vorgebogene Werkstück (2) wird dann im letzten Verformungsschritt in ein Presswerkzeug eingelegt, welches von einem unteren (8A, 8B) und einem oberen (9A, 9B) Presswerkzeugteil gebildet wird. Die Form des oberen Presswerkzeugteils (9A, 9B) wird dabei so ausgebildet, dass schon beim Niederfahren des oberen Presswerkzeugteils (9A,9B) vor Erreichen der Endstellung die Enden der hochgestellten Seitenteile an der Nahtstelle des Hohlkörpers zusammengeführt werden (Fig. 7 u. 8), bevor das Werkstück (2) dann in die endgültige Form des herzustellenden Hohlkörpers (1) gepresst wird (Fig. 9 u. 10). Die Enden der Seitenbereiche des Werkstücks (2) werden bei diesem Pressvorgang an der in Längsrichtung verlaufenden Nahtstelle des Hohlkörpers mit hohem Druck lückenlos zusammengefügt.

Falls notwendig, kann der nach den vorstehend beschriebenen Arbeitsschritten hergestellte rohrförmige Hohlkörper an der Nahtstelle noch verschweißt werden.

Neben dem vorstehend beschriebenen Grundprinzip des Herstellungsverfahrens sind noch einige Alternativen je nach Bedarf für den Herstellungsprozess vorgesehen.

So kann der Blechzuschnitt vor dem Hochstellen der Seitenbereiche in vertikaler und horizontaler Richtung vorgebogen werden, wobei diese Biegungen bereits der Form des zu fertigenden Hohlkörpers entsprechen.

Weiterhin besteht die Möglichkeit, die Biegevorrichtung (3A, 3B) für das Hochstellen der Seitenteile (Fig. 3 und Fig. 4) und die Biegevorrichtung für das Schrägstellen bzw. für das Anrunden (Fig. 5 und Fig. 6) in einer einzigen Werkzeugvorrichtung zusammenzufassen. Dabei wird das Unterteil (3A, 3B) der Biegevorrichtung für beide Arbeitsschritte - Hochstellen und Schrägstellen/Anrunden - verwendet, während als Werkzeugoberteil zuerst der Stempel (4A, 4B) und anschließend das Werkzeugoberteil (6A, 6B) in Position gebracht wird.

Ferner können die Abmessungen des Blechzuschnitts in der Breite ein derart höheres Übermaß aufweisen, das an der Nahtstelle des Hohlkörpers durch entsprechende Druckausübung in der Fertigpresse quasi eine Kaltpressschweißnaht entsteht, die das nachfolgende Schweißen überflüssig macht.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung eines gebogenen rohrförmigen Hohlkörpers, der im Verlauf seiner Länge runde und/oder eckig geformte Bereiche sowie Bereiche mit Rundungen und/oder Einprägungen und/oder Abflachungen auf seiner Aussenfläche aufweist und der auf seiner Länge in Achsrichtung vertikalen und/oder horizontalen Biegungen folgt, dadurch gekennzeichnet, dass

• a) aus Blechmaterial ein Werkstück (2) in der Form einer Blechplatine gestanzt wird wobei der Blechzuschnitt so gewählt wird, dass dieser in seiner Breite (b) ein vorbestimmtes Übermass gegenüber den Abmessungen der theoretischen Abwicklung des fertiggestellten Hohlkörpers (1) aufweist,
• b) in einer als Gesenk (3A, 3B) ausgebildeten Biegevorrichtung das Werkstück (2) vorgebogen wird, indem die Seitenbereiche des Blechzuschnitts zu einer U-Form hochgestellt werden,
• c) in einem weiteren Biegewerkzeug, bestehend aus einem Werkzeugunterteil (5A, 5B) und einem Werkzeugoberteil (6A, 6B) der obere Teil der hochgestellten Seiten des Werkstücks (2) in den eckig zu verformenden Bereichen des Hohlkörpers in eine nach innen gerichtete Schrägstellung gebogen wird und in den zu verformenden Rundbereichen des Hohlkörpers eine nach innen gerichtete Anrundung der Enden der hochgestellten Seiten erfolgt,
• d) das so vorgebogene Werkstück (2) in einem Presswerkzeug (8, 9) in seine endgültige Form gepresst wird, indem die schräggestellten und angerundeten Seitenbereiche des Blechzuschnitts an der in Längsrichtung verlaufenden Nahtstelle des Hohlkörpers (1) unter Druck zusammengefügt werden.

2. Verfahren zur Herstellung eines aus einer Blechplatine gebogenen, rohrförmigen Hohlkörpers nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (2) vor dem Hochstellen der Seitenbereiche in vertikaler und horizontaler Richtung vorgebogen wird, wobei diese Biegungen der Form des zu fertigenden Hohlkörpers entsprechen.

3. Verfahren zur Herstellung eines aus einer Blechplatine gebogenen, rohrförmigen Hohlkörpers nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abmessungen des Blechzuschnitts für das Werkstück (2) in der Breite (b) ein empirisch ermitteltes Übermaß von 1-3 mm gegenüber der theoretisch vorbestimmbaren Abwicklung des fertigen Hohlkörpers aufweisen.

4. Verfahren zur Herstellung eines aus einer Blechplatine gebogenen, rohrförmigen Hohlkörpers nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abmessungen des Blechzuschnitts in der Breite ein derart höheres Übermaß aufweisen, dass an der Nahtstelle des Hohlkörpers durch entsprechende Druckausübung in der Fertigpresse eine Kaltpressschweißnaht entsteht.

5. Verfahren zur Herstellung eines aus einer Blechplatine gebogenen, rohrförmigen Hohlkörpers nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrägstellung der Seitenteile in den eckig zu verformenden Bereichen des Werkstückes (2) mit einem Winkel von 20-45° erfolgt und die Vorrundung in den rund zu verformenden Bereichen lediglich am Ende der hochgestellten Seitenteile erfolgt.

6. Verfahren zur Herstellung eines aus einer Blechplatine gebogenen, rohrförmigen Hohlkörpers nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass beim Schrägstellen und Fertigbiegen lediglich in den eckig zu verformenden Bereichen ein Dorn (7) in das vorgebogene Werkstück (2) eingelegt wird.

7. Verfahren zur Herstellung eines aus einer Blechplatine gebogenen, rohrförmigen Hohlkörpers nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Fertigungsvorrichtung das gleiche Werkzeugunterteil für das Hochstellen der Seitenbereiche und für das Schrägstellen bzw. Anrunden dieser Seitenbereiche verwendet wird, und dass hintereinander zunächst der Stempel (4A, 4B) der Biegevorrichtung und anschließend das Werkzeugoberteil (6A, 6B) für die jeweiligen Umformungsschritte in Position gebracht werden.