DE10103131C2 - Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern aus zumindest zwei aufeinanderliegenden Platinen - Google Patents

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. Anschließend werden die gefügten Platinen in ein Innenhochdruck-Umformwerkzeug derart eingelegt, dass im Schliesszustand des Umformwerkzeuges die Platinen in Flanschbe­ reichen zusammengedrückt sind und dass die Zwischenbleche voll­ ständig innerhalb des Formraumes des Umformwerkzeuges zu liegen kommen. Danach werden die Platinen durch Einbringen ein Innen­ hochdruckes mittels eines fluidischen Druckmediums zwischen die Platinen auseinandergetrieben, bis sie nach konturgetreuer An­ lage an der Werkzeuggravur des Innenhochdruckumformwerkzeuges den Hohlkörper ausbilden. Während dieses Aufweitvorganges wird/werden das/die anfangs flach zwischen den Platinen liegen­ de/n Zwischenblech/e 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.

Des weiteren ist aus der DE 26 11 859 A1 ein superplastisches Umformverfahren entnehmbar, bei dem bei einer Temperatur zwi­ schen 700° und 1000°C und unter einem Druck von etwa 34,5 bar ein Sandwich-Paket aus mehreren Blechen mittels eines Gases aufgeblasen wird. Im Gegensatz zu dem fluidischen Innenhoch­ druckumformen benutzt die superplastische Umformung zum einen extrem hohe Temperaturen, die an die Schmelztemperatur der Werkstoffe reicht, um das Werkstück dehnfähig zu machen. Zu­ sätzlich erfordert dieses Umformverfahren zum anderen ein gas­ förmiges Medium, um die Aufweitung zu berwerkstelligen. Das ge­ zeigte Zwischenblech wird im genannten Dokument nicht aufge­ stellt, sondern es wird bereichsweise zur Stegbildung umge­ formt. Das Dokument zeigt Öffnungen im Zwischenblech, die zur weiteren Übertragung des inerten Gases von den Aufblasrohren innerhalb des Stapels zu den anderen behandelten Zonen mit dem Ziel des Druckausgleichs innerhalb des Stapels dienen.

Die US 4 361 262 A sowie die DE 34 05 618 A1 betrifft eine auf­ geblasene Sandwich-Struktur, bei der das superplastische Um­ formverfahren in Anspruch genommen wurde. Dabei liegen Zwi­ schenbleche vollständig innerhalb des Formraumes des Werkzeu­ ges. Die Zwischenbleche werden während der Ausblasung aufge­ richtet. Die Bleche bestehen aus einem Material mit superplas­ tischen Eigenschaften, wodurch sich die Bleche infolge der ver­ fahrensgemäßen Erhitzung des Materials dehnen.

Schließlich zeigt DE 11 41 968 B eine Sandwichstruktur, bei der die beiden äußeren Platten unter Zug gegeneinander in horizontaler Richtung verschoben werden, so dass der Kern, der aus zahlreichen Streben besteht, eine Drehung vollführt, durch wel­ che sich die Streben aufrichten. Die Streben werden durch ein mittels mannigfaltiger Schlitze in Streifen geschnittenes Blech nach Art eines Fischgrätenmuster gebildet.

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. Hohlprofile 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.

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 Si­ cherheit 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 Durchmessers 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.

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 (3)

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, wonach die gefügten Platinen in ein Innenhoch­ druck-Umformwerkzeug derart eingelegt werden, dass im Schließ­ zustand des Umformwerkzeuges die Platinen in Flanschbereichen zusammengedrückt sind und dass die Zwischenbleche vollständig innerhalb des Formraumes des Umformwerkzeuges zu liegen kommen, und wobei danach durch Einbringen ein Innenhochdruckes mittels eines fluidischen Druckmediums zwischen die Platinen diese aus­ einandergetrieben werden, bis sie nach konturgetreuer Anlage an der Werkzeuggravur des Innenhochdruckumformwerkzeuges den Hohl­ körper ausbilden, und wobei während dieses Aufweitvorganges das anfangs flach zwischen den Platinen liegende Zwischenblech auf­ gestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke des Zwischenbleches (1, 4) vor dem Fügen lo­ kal verringert wird, wobei bei der Aufweitung das Zwischenblech (1, 4) an den Stellen mit lokal verringerter Wandstärke gedehnt wird.

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

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