DE10103131A1

DE10103131A1 - Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern aus zumindest zwei aufeinanderliegenden Platinen

Info

Publication number: DE10103131A1
Application number: DE2001103131
Authority: DE
Inventors: Stefan Bobbert
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2001-01-24
Filing date: 2001-01-24
Publication date: 2002-08-01
Anticipated expiration: 2021-01-25
Also published as: DE10103131C2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern aus zumindest zwei aufeinanderliegenden Platinen, wobei die Platinen zuerst miteinander verbunden werden. Dazu werden deren einander zugewandte Seiten mit zumindest einem Zwischenblech gefügt, wobei das eine Ende des Zwischenbleches mit der obenliegenden Platine und das andere gegenüberliegende Ende mit der untenliegenden Platine gefügt wird. Danach werden durch Einbringen eines Innenhochdruckes mittels eines fluidischen Druckmediums zwischen die Platinen diese auseinandergetrieben, bis sie nach konturgetreuer Anlage an der Werkzeuggravur des Innenhochdruckumformwerkzeuges den Hohlkörper ausbilden. Während dieses Aufweitvorganges wird das anfangs flach zwischen den Platinen liegende Zwischenblech aufgestellt. Um die Herstellung eines Hohlkörpers mit Zwischenblechen auch bei hohen Aufweitgraden prozeßsicher zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, die Wandstärke des Zwischenbleches vor dem Fügen lokal zu verringern.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Hohl körpern aus zumindest zwei aufeinanderliegenden Platinen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Ein gattungsgemäßes Verfahren ist aus der DE 197 14 989 A1 be kannt. Dort werden die Platinen zuerst miteinander unlösbar mit Zwischenblechen verbunden, indem das eine Ende jedes Zwischen bleches mit der obenliegenden Platine und das andere gegenüber liegende Ende mit der untenliegenden Platine gefügt wird. Dabei können auch mehrere Zwischenbleche kettengliedartig aneinander gefügt werden, wobei das freie Ende des jeweils vor der Aufwei tung zuunterst liegenden Zwischenbleches an der unteren Platine und das freie Ende des zuoberst liegenden Zwischenbleches an der oberen Platine befestigt wird. Danach findet eine Vorfor mung statt, wobei die Platinen in die untere Matrize tiefgezo gen werden. Danach werden die Platinen durch Einbringen ein In nenhochdruckes mittels eines fluidischen Druckmediums zwischen die Platinen auseinandergetrieben, bis sie nach konturgetreuer Anlage an der Werkzeuggravur des Innenhochdruckumformwerkzeuges den Hohlkörper ausbilden. Während dieses Aufweitvorganges wird/werden das/die anfangs flach zwischen den Platinen liegen de/n Zwischenbleche aufgestellt und bildet/bilden jeweils ei nen Verstärkungssteg für den ausgebildeten Hohlkörper. Nachtei lig an diesem Verfahren ist jedoch, daß nur kleine Aufweitungen prozeßsicher realisierbar sind, da die Fügestellen der Zwi schenbleche an den Platinen und ggf. untereinander während der Aufweitung einem derartigen Zug unterlegen sind, daß bei größe ren Aufweitungen, bei denen die maximal einbringbare Länge des Zwischenbleches überstiegen wird, die Fügestellen reißen. Dies bedeutet einerseits, daß der Verstärkungszweck des Zwischenble ches verloren geht, und andererseits, daß der Hohlkörper an diesen gerissenen Fügestellen ebenfalls Schaden erleiden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren dahingehend weiterzuentwickeln, daß die Herstellung eines Hohlkörpers mit Zwischenblechen auch bei hohen Aufweit graden prozeßsicher ermöglicht wird.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patent anspruches 1 gelöst.

Aufgrund der lokal verringerten Wandstärke werden dem einer seits verbesserte Dehnungseigenschaften gegeben, wobei anderer seits die Steifigkeit des Bleches zur Verstärkung des auszufor menden Hohlprofiles bleibt. Durch die gesteigerten Dehnfähig keiten des Bleches kann dieses auch bei der Ausbildung von großvolumigeren Hohlkörpern und der hohen Aufweitgraden über die Aufstellungsposition hinaus erheblich besser gestreckt wer den ohne daß an den Fügestellen schädliche Zugspannungen ent stehen, die dort zu Rißbildungen der Fügestelle und Schwächun gen des Platinenmaterials führen und gegebenenfalls während der Aufweitung der Platinen gar ein Bersten des sich ausformenden Hohlkörpers verursachen können. Dadurch wird die Prozeßsi cherheit der Herstellung des Hohlkörpers auch bei hohen Umform- bzw. Aufweitgraden gewährleistet. Die mechanische Beanspruchung der Schwachstellen der endseitigen Fügestellen bei der Aufwei tung bezüglich der Dehnbelastung wird quasi auf die Fläche des Zwischenbleches verlagert, die an der jeweiligen Stelle der lo kalen Wandstärkenverringerung eine geringere Festigkeit auf weist als die Fügestelle und sich somit dort unter der besagten Beanspruchung früher dehnt. Hierbei spielt es auch keine Rolle, ob das Zwischenblech an der Dünn- bzw. Schwachstelle reißt. Ganz im Gegenteil wird in diesem Falle die Dehnbarkeit der Ble ches spontan erhöht. Derart hergestellte Hohlkörper bzw. Hohl profile können in vorteilhafter Weise im Rohbau von Kraftfahr zeugen, insbesondere für die Rahmenstruktur verwendet werden.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteran sprüchen entnommen werden; im übrigen ist die Erfindung anhand mehrerer in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele nachfolgend näher erläutert; dabei zeigt:

Fig. 1 in einer Draufsicht ein Zwischenblech des erfindungsge mäßen Verfahrens mit Lochungen vor der Innenhochdruckumformung,

Fig. 2 in einer Draufsicht das Zwischenblech aus Fig. 1 nach der Umformung,

Fig. 3 in einer Draufsicht ein Zwischenblech des erfindungsge mäßen Verfahrens mit Schlitzen vor der Innenhochdruckumformung,

Fig. 4 in einer Draufsicht das Zwischenblech aus Fig. 3 nach der Umformung,

Fig. 5 in einem Querschnitt Platinen eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einem IHU-Werkzeug mit einem dazwischengefügten Zwischenblech vor der Umformung,

Fig. 6 in einem Querschnitt ein während der Umformung der Pla tinen nach Fig. 5 resultierender Hohlkörper,

Fig. 7 in einem Querschnitt Platinen eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einem IHU-Werkzeug mit mehreren nach Kettenart dazwischengefügten Zwischenblechen vor der Umformung,

Fig. 8 in einem Querschnitt ein während der Umformung der Pla tinen nach Fig. 7 resultierender Hohlkörper.

In der Fig. 1 ist ein Zwischenblech 1 dargestellt, das für die Verstärkung eines mittels fluidischem Innenhochdruck umzufor menden und zu erzeugenden Hohlprofiles, beispielsweise für den Einsatz im Rohbau von Kraftfahrzeugen, verwendet wird, was sich insbesondere im Crashfall des Fahrzeuges günstig für die Sicherheit der Fahrzeuginsassen auswirkt. Das Zwischenblech 1 weist lokale Wandstärkeverringerungen in Form von mehreren Lo chungen 2 auf, die hier oval ausgebildet sind und in einfacher Weise beispielsweise mittels Stanzen hergestellt werden können. Die Lochungen 2 können gleichen oder unterschiedlichen Durch messers sein. Sie können über die Fläche des Zwischenbleches 1 gleichverteilt, nach einem bestimmten Muster oder punktuell ausgebildet sein. Durchmesser und Lage der Lochungen 2 sind da bei individuell auf den jeweiligen Bedarf an Dehnfähigkeit maß geschneidert gezielt wählbar. Auch die Dicke des Zwischenble ches 1 kann dabei hinsichtlich der Dehnfähigkeit im Rahmen sei ner Versteifungseigenschaften variiert werden.

Beim Erzeugen des Hohlprofiles wird gemäß Fig. 2 eine gestreck te Form 3 des Zwischenbleches 1 erreicht, wobei die Lochungen 2 einen größeren Durchmesser annehmen als im ursprünglichen Zu stand nach Fig. 1 und aus ihrer Ovalität in die kreisrunde Form wechseln.

In Abweichung von dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und 2 ist in Fig. 3 und 4 ein Zwischenblech 4 dargestellt, das in seiner Ursprungsform (Fig. 3) nicht gelocht sondern geschlitzt ist. Eine Variable der Dehnfähigkeit stellt dabei anstatt eines Lochdurchmessers die Länge der Schlitze 5 dar. Nach der Ausfor mung des Hohlkörpers bzw. Hohlprofiles weist die gestreckte Form 6 des Zwischenbleches 4 anstelle der Schlitze 5 rautenför mige Öffnungen 7 auf (Fig. 4). Hinsichtlich der Dehnfähigkeit ergeben sich dieselben Betrachtungen wie beim obigen Ausfüh rungsbeispiel.

Bezüglich der Herstellung der Hohlkörpers ergibt sich folgender Prozeßablauf. Nach Einbringung der Schlitze 5 oder Lochungen 2 in das Zwischenblech 1 oder 4 wird dieses mit seinen beiden En den 8 und 9 an den einander zugewandten Seiten der beiden Pla tinen 10 und 11 mittels Schweißen, vorzugsweise mit Laser strahl, oder Kleben unlösbar gefügt, die dann möglichst flach aneinandergepreßt werden, so daß die Einbringung des erreichten Blechverbundes in das Innenhochdruckumformwerkzeug 12 einfach zu handhaben ist. Hierbei müssen die Fügestellen 13 eine aus reichende Elastizität aufweisen, um das Zusammenpressen scha densfrei zu überstehen.

Alternativ ist es denkbar, die Platinen 10, 11 samt dazwischen liegenden Zwischenblechen 1 oder 4 aufeinanderzulegen und mit einem hochenergetischen Strahlschweißverfahren, beispielsweise Elektronenstrahlschweißen, an den zu fügenden Stellen durchzu schweißen und somit die unlösbare Verbindung zwischen den Pla tinen 10 und 11 und den Zwischenblechen 1 oder 4 zu erhalten.

Weiterhin ist denkbar, zwei Zwischenbleche nebeneinander anzu ordnen und mit den Platinen 10 und 11 zu fügen, jedoch mit spiegelverkehrten Fügestellen. Nach der Umformung wird dadurch in der Sicht auf einen Querschnitt ein Versteifungskreuz er zielt, welches dem Hohlkörper eine besonders hohe Stabilität gibt. Letztlich kann mit einer Variierung der Lage der Fü gestelle des Zwischenbleches und der Anzahl der Zwischenbleche die Steifigkeit des Hohlkörpers bedarfsgerecht maßgeschneidert werden.

Bei der Einbringung des Blechverbundes in das IHU-Werkzeug 12 ist darauf zu achten, daß das Zwischenblech 1 oder 4 vollstän dig innerhalb des Formraumes 14 des Umformwerkzeuges 12 zu lie gen kommt, da sonst das Zwischenblech 1 bzw. 4 vom Werkzeug 12 randseitig eingeklemmt wird und sich dann während der Umformung nicht aufrichten kann. Aufgrund der Lage des Zwischenbleches 1 oder 4 und des Durchmessers des Formraumes 14 zwischen den Flanschbereichen 15 der Platinen 10 und 11 ist die Dimensionie rung des Zwischenbleches 1 oder 4 beschränkt, so daß bei tiefen Matrizen 16, 17 des Umformwerkzeuges 12 das Blech 1 oder 4 nur über seine Dehnfähigkeit der Aufweitung der Platinen 10, 11 folgen kann. Das eine Ende 8 des Zwischenbleches 1 oder 4 ist nun mit der obenliegenden Platine 10 und das andere gegenüber liegende Ende 9 mit der untenliegenden Platine 11 verbunden (Fig. 5).

Anschließend wird zwischen die Platinen 10 und 11 ein fluidi scher Hochdruck eingebracht, wodurch diese auseinandergetrieben werden und sich an den Matrizenkonturen des Werkzeuges 12, d. h. an der Werkzeuggravur formgetreu anlegen. Hierbei stellt sich das anfangs flach zwischen den Platinen liegende Zwischenblech 1 oder 4 auf und erhält seine durch die Dehnung gestreckte Form 3 oder 6. Wie in Fig. 6 gezeigt, nimmt die gestreckte Form 3 o der 6 des Zwischenbleches, insbesondere wenn bei einer großen Aufweitung eine maximale Ausnutzung der Blechgröße im Formraum 14 gewünscht ist, innerhalb des sich bildenden Hohlkörpers 18 eine Schräglage ein, da die Fügestellen 13 der beiden Enden 8 und 9 nicht unmittelbar gegenüberliegen, sondern vielmehr den weitestmöglichen Abstand zueinander aufweisen.

Um einen senkrecht zu den Platinen 10 und 11 liegenden Verstär kungssteg zu erhalten, der dem Hohlkörper 18 noch mehr Steifig keit bei frontal von oben oder unten auf ihn einwirkenden Kräf ten verleihen, werden zwei kurze Zwischenbleche 19 und 20 mit einander, beispielsweise durch Schweißen gefügt und gefaltet, wonach das freie Ende des einen Zwischenbleches 19 mit der o benliegenden Platine 10 und das freie Ende des anderen Zwi schenbleches 20 mit der untenliegenden Platine 11 verschweißt wird. Auch hier müssen außer den Fügestellen 13 des jeweiligen Zwischenbleches 19, 20, das im übrigen in gleicher Weise mit Wandungsverringerungen (Schlitzen 5, Lochungen 2) ausgestaltet ist wie das Zwischenblech 1 oder 4, mit den Platinen 10, 11 die Fügestelle 21 zwischen den Zwischenblechen 19, 20 eine ausrei chende Dehnfähigkeit besitzen, um einerseits die Faltung und andererseits bei der späteren Umformung die Streckung bruchfrei mitmachen zu können.

Der Blechverbund wird so im IHU-Werkzeug 12 platziert, daß die Zwischenbleche 19, 20 gemäß Fig. 7 innerhalb des Formraumes 14 zu liegen kommen. Die Bleche 10, 11, 19, 20 liegen eng aneinander, so daß das Umformwerkzeug 12 beim Zusammendrücken der Platinen 10, 11 in den Flanschbereichen 15 in Schließlage die für die nachfolgende fluidische Aufweitung erforderliche Dichtfähigkeit aufbringen kann ohne daß die Platinen 10, 11 Schaden bei der Pressung nehmen.

Die Zwischenbleche 19, 20 beanspruchen im gefalteten Zustand, wie in Fig. 7 gezeigt, einen relativ geringen Platz im Formraum 14, da sie jeweils in etwa die Hälfte der Fläche des Zwischble ches 1 oder 4 des Ausführungsbeispiels von Fig. 5 und 6 bemes sen. Aufgrund des geringen Platzverbauches ist es nun möglich, ein weiteres mit Abstand nebenliegendes Paar Zwischenbleche 19, 20 an den Platinen 10, 11 vorzusehen, die in gleicher Weise wie das andere Paar im Formraum 14 zu liegen kommen. Während der fluidischen Aufweitung gemäß Fig. 8 werden die Paare ent faltet, so daß nun zwei Verstärkungsstege 22 und 23 für den sich ausformenden Hohlkörper 24 ausgebildet werden. Durch die angeführte Einbringung eines zweiten Verstärkungssteges wird die Steifigkeit des Hohlkörpers 24 weiter erhöht.

Falls die Platinen 10 und 11 nicht schon vor der Innenhoch druckumformung miteinander randseitig verschweißt wurden, kann dies auch dannach erfolgen. Günstig ist das nachträgliche Ver schweißen dahingehend, daß für die Aufweitung mehr Platinenma terial aus den unverschweißten Flanschbereichen 15 in den Form raum 14 eingezogen werden kann.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern aus zumindest zwei aufeinanderliegenden Platinen, wobei die Platinen zuerst mit einander verbunden werden, indem deren einander zugewandte Sei ten mit zumindest einem Zwischenblech gefügt werden, wobei das eine Ende des Zwischenbleches mit der obenliegenden Platine und das andere gegenüberliegende Ende mit der untenliegenden Plati ne gefügt wird, und wobei danach durch Einbringen ein Innen hochdruckes mittels eines fluidischen Druckmediums zwischen die Platinen diese auseinandergetrieben werden, bis sie nach kon turgetreuer Anlage an der Werkzeuggravur des Innenhochdruckum formwerkzeuges den Hohlkörper ausbilden, und wobei während die ses Aufweitvorganges das anfangs flach zwischen den Platinen liegende Zwischenblech aufgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke des Zwischenbleches (1, 4, 19, 20) vor dem Fü gen lokal verringert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verringerung der Wandstärke durch Schlitzen des Zwi schenbleches (1, 4, 19, 20) erfolgt.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verringerung der Wandstärke durch Lochen des Zwischen bleches (1, 4, 19, 20) erfolgt.