DE102004025044B3 - Paralleles Fertigungsverfahren beim Walzprofilieren - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Herstellung von Metallprofilen, die für Fahrzeugtragstrukturen geeignet sind, durch Walzprofilieren von Bandblech mittels einer Walzprofilieranlage, wobei vor oder während des Walzprofilierens ein Umformen stattfindet, wobei vor, in oder nach der Walzprofilierungsanlage eine Trennvorrichtung vorgesehen ist, die das zugeführte Bandblech vor der Walzprofilierung in mindestens zwei Streifen gleicher Breite oder erst nach der Walzprofilierung in mindestens zwei Metallprofile zerteilt, wodurch mindestens zwei gleiche oder zueinander symmetrische Metallprofile parallel erzeugt werden.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Metallprofilen, die für Fahrzeugtragstrukturen geeignet sind, durch Walzprofilieren von Bandblech mittels einer Walzprofilieranlage, wobei vor oder während des Walzprofilierens ein Umformen stattfindet, wobei vor, in oder nach der Walzprofilierungsanlage eine Trennvorrichtung vorgesehen ist, die das zugeführte Bandblech vor der Walzprofilierung in mindestens zwei Streifen gleicher Breite oder erst nach der Walzprofilierung in mindestens zwei Metallprofile zerteilt, wodurch mindestens zwei gleiche oder zueinander symmetrische Metallprofile parallel erzeugt werden.
• Hinreichend bekannt ist die Herstellung von Bauteilen mit langgestreckten Profilen mittels konventionellem Tiefziehen. Diese Profilbauteile stellen wesentliche Elemente für Strukturbauteile unterschiedlichster Anwendungsformen dar. Hierbei ist für jede Bauteilvariante ein separates dafür geeignetes Tiefziehwerkzeug notwendig. Verfahrensbedingt bestehen beim Tiefziehen Formgebungsgrenzen, die beispielsweise durch begrenzte Ziehtiefe, zu komplexe Bauteilgeometrien, oder nicht realisierbaren Hinterschnitten gegeben sind. Die Verarbeitung höherfester Stähle, vorzugsweise mit einer Zugfestigkeit bis zu 2500 N/mm², erweist sich beim Tiefziehen metallischer Bauteile, insbesondere zur Anwendung als Trägerstrukturen, als problembehaftet, da diese erhöhte Streckgrenzen und reduzierte Bruchdehnungen aufweisen, wodurch zum einen erhöhte Umformkräfte erforderlich sind und zum anderen die verformten metallischen Bauteile stärker elastisch zurückfedern.
• Daher gewinnt der Walzprofilierungsprozess anstelle des Tiefziehprozesses zur Erzeugung von Profilbauteilen zunehmend an Bedeutung. Beispielsweise offenbart die DE 198 07 830 A1 ein Verfahren zur Herstellung von Karosserie- und Fahrwerkteilen für Fahrzeuge aus längsnahtverschweißten Aluminiumrohren oder offenen Walzprofilen. Dazu wird ein Bandblech, häufig auch als Coil bezeichnet, in einem kontinuierlichen Prozess zuerst mittels Walzen selektiv über seiner Breite auf die für die benötigten Wanddicken erforderliche Materialdicke umgeformt. Danach wird das Material in einer Walzprofilierungsanlage mittels formender Walzen in ein geschlossenes rohrförmiges Profil oder in ein offenes Profil umgeformt. Im Falle eines rohrförmigen Profils werden die seitlichen Kanten des ursprünglichen planen Halbzeugs längs miteinander verschweißt und anschließend die Schweißnaht entgratet. Das Coil kann gegebenenfalls mittels vorgeschalteter Walzen lokal begrenzt auch über seine Länge auf unterschiedliche Wanddicken umgeformt werden. Dadurch können unterschiedliche Wanddicken nicht nur über dem Umfang des Profils, sondern auch über der Länge des Profils, also in Achsrichtung, erzielt werden. Hierdurch lassen sich die Wanddicken auch unterschiedlichen örtlichen Belastungen über der Länge des Rohres oder offenen Profils anpassen. Ferner wird so eine weitere Material- und Gewichtseinsparung möglich.
• Aus der Druckschrift DE 101 20 063 C2 ist ein Verfahren zur Herstellung von metallischen Bauteilen für Kraftfahrzeuge mittels Walzprofilieren bekannt, bei welchem Bauteile aus in Bandform bereitgestelltem Ausgangsmaterial mit durchgehend gleichem Profilquerschnitt, insbesondere einem U-förmigen Profilquerschnitt, während des Walzprofilierens gebogen werden
• Ein Verfahren zur Herstellung von Profilteilen mit über deren Länge variierendem Profilquerschnitt ist aus der Druckschrift DE 197 49 902 A1 bekannt. Dabei wird das Bandmetall zur Erzeugung eines im Querschnitt über seinen Längsverlauf variablen Profilstabs vor dem Walzprofilieren oder während des Walzprofilierens an den Längsrandkanten entsprechend der gewünschten Querschnittveränderung des Profilstabs über seine Länge beschnitten. Hierfür ist eine vorgeschaltete oder integrierte Schneidvorrichtung zum Beschneiden des zugeführten Bandmetalls an den Längsrandkanten vorgesehen.
• Bandbleche sind in unterschiedlichen Zusammensetzungen, Oberflächenbehandlungen, Dicken und Breiten erhältlich. Dennoch ist es üblich, dass Bandbleche den Standardgrößen, insbesondere in Standardbreiten angeboten werden.
• Dabei entspricht die für ein Walzprofil erforderliche Breite des Bandblechs im allgemeinen nicht den verfügbaren Standardgrößen. Insbesondere sind die breiten Bandbleche bezüglich Herstellung, Transport und Lagerung kostengünstiger als mehrere Bandbleche geringerer Breite.
• Hinsichtlich der Effizienz von Walzprofilieranlagen ist es von Vorteil, wenn alle Verfahrensschritte zur Erzeugung eines Profils auf einer einzigen Anlage durchführbar sind.
• Insbesondere ist es auch wünschenswert, möglichst wenig Walzprofilierungsanlagen für das gleiche Profil vorzuhalten, das heißt den Durchsatz an gefertigten Profilen je Anlage zu erhöhen. Die Reduzierung der Anzahl an Walzprofilierungsanlagen bedeutet eine Verringerung der Anlagenkosten für die Herstellung eines bestimmten Profils. Hierdurch werden auch Rüst- und Einstellaufwand, insbesondere bei der Umstellung auf die Fertigung eines anderen Profils, auf weniger Anlagen mit weniger Gerüsten reduziert.
• Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein Verfahren für die Herstellung gegebener Profilteile aus einem Bandblech hoher Breite, möglichst in Standardabmessung, bereitzustellen und den Durchsatz je Walzprofilierungsanlage zu erhöhen.
• Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von Metallprofilen, die für Fahrzeugtragstrukturen geeignet sind, durch Walzprofilieren eines Bandblechs mittels einer Walzprofilieranlage, wobei während des Walzprofilierens ein Umformen stattfindet, mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.
• Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass vor, in oder nach der Walzprofilierungsanlage eine Trennvorrichtung vorgesehen ist, die das zugeführte Bandblech entweder vor der Profilierung in mindestens zwei Streifen gleicher Breite zerteilt wird oder die durch das zugeführte Blech gebildeten mindestens zwei Walzprofile nach der Walzprofilierungsanlage zerteilt werden, so dass mindestens zwei Walzprofile parallel erzeugt werden. Die Walzprofile sind dabei gleich oder zueinander symmetrisch ausgebildet.
• In einer ersten Ausgestaltung der Erfindung wird das Metallband, das erfindungsgemäß mindestens die doppelte, des für das jeweilige Metallprofil benötigten Breite aufweist der Walzprofilieranlage zugeführt. Unmittelbar vor der Walzprofilieranlage oder als fest mit dieser verbundene Vorrichtung ist eine Schneidvorrichtung angebracht, die das Metallband der Länge nach in mindestens zwei Streifen gleicher Breite trennt.
• Diese Schneidvorrichtung kann beispielsweise durch rotierende oder feststehende Schneidmesser, Laserstrahler oder Wasserstrahler gebildet sein.
• Für die nach dem Trennen folgende Walzprofilierungsanlage ist es wesentlich, dass mehrere Metallband-Streifen gleicher Breite in paralleler Vorgehensweise zu Profilen gleicher Abmessungen verarbeitet werden. Die einzelnen Profile sind in der Regel von identischer Geometrie, können aber auch unterschiedliche Geometrien aufweisen. Insbesondere sind hierunter symmetrische, beispielsweise spiegelsymmetrische Geometrievarianten der einzelnen Profile zu verstehen.
• Eine typische Verwendung für spiegelsymmetrische Geometrievarianten ist im Kraftfahrzeugbau zu finden. Beispielsweise sind ansonsten gleiche Profile auf den zwei spiegelbildlich gegenüberliegenden Hälften eines Kraftfahrzeugrahmens verbaubar. Hierzu gehören unter anderem Türschweller, Längsträger, A-, B- oder C-Säulen die in einer linken und einer rechten Fahrzeughälfte angeordnet sind.
• Die entsprechenden Walz- und Umformwerkzeuge sind dabei typischerweise parallel nebeneinander angeordnet. Aus Platzgründen können die entsprechenden Werkszeuge der einzelnen parallel verlaufenden Walzstraßen derselben Walzprofilierungsanlage aber auch versetzt zueinender angeordnet werden. Die einzelnen Walz- und Umformstationen benachbarter Straßen können auch ineinander verschachtelt- sein. Wesentlich ist hierbei, dass jeder der Bandblechstreifen nach dem Verlassen der Walzprofilierungsanlage die gleichen Bearbeitungsstufen durchlaufen hat, so dass gleiche Metallprofil-Teile erzeugt werden.
• Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird das zugeführte Bandblech bevorzugt in 2, 3, 4, 5 oder 6 Streifen gleicher Breite zerteilt und die gleiche Anzahl an parallel laufenden Walzstraßen innerhalb einer Walzprofilieranlage vorgesehen.
• Die parallele Verarbeitung mehrerer Bandbleche in einer einzigen Walzprofilieranlage führt zu einer erheblichen Reduzierung der Anlagekosten bezogen auf die Ausbringung, sowie auch der Fertigungskosten der einzelnen Teile.
• In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die Schneidvorrichtungen so ausgelegt, dass die Breite der mindestens zwei Bandblech-Streifen durch Abtrennung von Material an den Längsrandkanten über deren Länge variiert werden kann. Typischerweise wird dies durch eine Anordnung mehrerer Schneidmesser bewirkt, die teils die Trennung des ursprünglichen breiten Bandblechs bewirken und teils nur die Abtrennung entlang einer oder beider Längsrandkanten des Bandblechstreifens bewirken. In analoger Weise kann die Abtrennung von Material entlang lokal begrenzter Bereiche der Längsrandkanten auch durch Laser- oder Wasserstrahlschneiden erfolgen.
• Dieses Verfahren stellt sicher, dass in der Walzprofilierungsanlage der Querschnitt der mindestens zwei Walzprofile über deren Profillänge verändert wird.
• In einer bevorzugten weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Verfahrens werden die Walzprofile in der Walzprofilierungsanlage mittels Umformens geometrisch verändert. Bevorzugt wird beim Umformen gesickt, tiefgezogen und/oder streckgezogen. Hierdurch sind ebenso auch Metallprofilteile mit variablem Querschnitt erhältlich.
• Bezüglich der geometrischen Varianten ist es durch die Umformprozesse in einfacher Weise auch möglich, bezüglich der äußeren Gestalt symmetrische Profile herzustellen, die sich aber durch die Lage, Größe oder Anzahl von Aussparungen, Vertiefungen oder Löchern unterschieden. Beispielsweise können hierdurch Türschweller, Längsträger, A-, B- oder C-Säulen die in einer linken und einer rechten Fahrzeughälfte angeordnet sind hergestellt werden, wobei bereits in der Walzprofilierungsanlage nicht symmetrisch verlaufende Durchgänge für Kabel oder Führungen, sowie Befestigungsbohrungen oder -nuten angebracht werden können.
• Die Umformwerkzeuge sind dabei als Umformstationen fest oder variabel in die Prozessstraße der Walzprofilieranlage integriert. Je nach Betriebsweise kann die Walzprofilierung kontinuierlich durchgeführt werden, wobei die Umformwerkzeuge der Bewegungsrichtung nachgeführt werden, oder auch diskontinuierlich, wobei die Weiterbewegung der jeweiligen Walzstraße für den Umformvorgang angehalten wird. Je nach Umformprozess können entlang der Walzstraße mehrere unterschiedliche Umformstationen vorgesehen werden.
• Auch durch die Umformprozesse können unterschiedliche Geometrievarianten erzeugt werden.
• Im diskontinuierlichen Betrieb erweist sich die erfindungsgemäße parallele Anordnung mehrerer Metallband-Streifen als besonders vorteilhaft. In einer bevorzugten Variante wird dasselbe Umformwerkzeug für den Umformschritt auf zwei benachbarten Walzstraßen genutzt. Dabei werden die benachbarten Walzstraßen im Wechsel zueinander angehalten und weiterbewegt, so dass dasselbe Umformwerkzeug zwischen den beiden benachbarten Walzstraßen hin und hergeschwenkt werden kann, bzw. beide Walzstraßen im Wechsel bedienen kann.
• Hierbei ist es vorteilhaft, dass mit dem in die Walzstraße integrierten Zug- und/oder Druckumformverfahren, insbesondere dem Tiefziehverfahren, über einen konstanten Profilquerschnitt komplexe Querschnittsänderungen in gewünschten Bauteilbereichen eingebracht werden können, wobei die Wandstärken der Bauteile nahezu unverändert bleiben.
• Alternativ oder additiv zu dieser Ausgestaltung können mittels Streckziehen Bauteile mit veränderten Endabmessungen hergestellt werden, die über einen konstanten Profilquerschnitt komplexe Querschnittsänderungen in gewünschten Bauteilbereichen und zusätzlich reduzierte Wandstärken aufweisen. Die Kombination von Streckziehen mit Tiefziehen erlaubt großflächige unsymmetrische Bauteile herzustellen.
• Die Anordnung von Sicken, ebenso wie die variablen Querschnittsänderungen, oder die Profilwanddickenänderungen werden dazu genutzt, eine an das Anforderungsprofil des Metallprofils maßgeschneiderte Festigkeits- oder Steifigkeitsverteilung zu erzeugen. So sind beispielsweise Profilbauteile mit einer reduzierten Blechdicke in Zonen geringerer Belas tung und mit einer gegebenenfalls leicht erhöhten Blechdicke in Zonen hoher Belastung erhältlich.
• Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Walzprofilieranlage mit integrierten Umformstationen besteht darin, dass hiermit Walzprofile mit komplexen Profilquerschnitten walzprofiliert werden, wie z. B. Walzprofile mit Verjüngungen oder Walzprofile, bei denen sich beispielsweise die komplette Bauteilflanke verschiebt, wobei der Winkel der Bauteilflanke erhalten bleibt. Dies ermöglicht die integrierte Fertigung von sehr stabilen Struktur- und Sicherheitsbauteilen, die insbesondere für die Automobilindustrie von Bedeutung sind.
• Zu den für die Herstellung von Profilbauteilen für die Automobilindustrie besonders geeigneten metallischen Werkstoffen zählen neben den üblichen Stählen oder mit Chrom oder Mangan legierten rostfreien Stählen beispielsweise auch TRIP-Stähle, TWIP-Stähle, die bei erhöhter Festigkeit dennoch stark verformbar sind oder BTR-Stähle. Weitere Werkstoffe sind dünne, aber sehr harte Blechlegierungen, wie zum Beispiel Usibor Stahl, BOR Stahl, BORON Stahl oder ZSTE-Stahl
• In einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung ist die Trennvorrichtung erst nach der Walzprofilieranlage vorgesehen. Das bedeutet, dass die Walzprofilierung zu mindestens zwei zusammenhängenden Metallprofilen führt, die parallel erzeugt werden.
• Hinsichtlich der Geometrievarianten und den unterschiedlichen Ausführungsformen der zusätzlich durchführbaren Umformschritte gelten die bereits für die erste Ausgestaltung angegebenen Ausführungen in analoger Weise.
• Im Gegensatz zu der ersten Ausführung, wo das zugeführte Bandblech vor der Profilierung in mindestens zwei Streifen gleicher Breite zerteilt wird, muss die Zerteilung in dieser Ausgestaltung nach der Walzprofilierung an den fertigen entlang der Längsachse zusammenhängenden Metallprofilen erfolgen.
• Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, dass die mindestens zwei aneinanderhängenden Metallprofile nach der Walzprofilierungsanlage zerteilt werden. Hierfür sind entsprechende Trennvorrichtungen im Anschluss der Walzprofilierungsanlage vorgesehen.
• Diese Variante eignet sich besonders bei einfachen Profilen mit geringer oder überhaupt keinem Umformprozess während des Profilierens.
• In einer vorteilhaften Weiterbildung wird das Walzprofil an der vorgesehenen Trennlinie der mindestens zwei zusammenhängenden Metallprofile ausgedünnt. Hierdurch wird eine einfache Zertrennung gewährleistet, wodurch sich die Trennvorrichtung einfacher gestalten lässt.
• Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass in der Walzprofilierungsanlage oder unmittelbar danach eine Beschichtung der geschnittenen Blechkanten mit einem Korrosionsschutzmittel durchgeführt wird.
• Ebenso kann in der Walzprofilierungsanlage eine Wärmebehandlung des Profils zur Steigerung der Festigkeit durchgeführt werden.
• Beispielsweise kann in der Prozessstraße eine Vorrichtung zum Umschmelzen definierter Oberflächenbereiche integriert sein. In einer bevorzugten Ausführung versorgt eine einzige Umschmelzvorrichtung wiederum mehrere parallel verlaufende Walzstraßen, bzw. Streifen. Dies ist durch Hin- und Herschwenken, beispielsweise eines Brenners oder Laserstrahls, dann besonders einfach zu realisieren, wenn sich die Umschmelzung nicht über die gesamte Länge des Metallprofils erstreckt.

Claims (11)

1. Verfahren zur Herstellung von Metallprofilen, die für Fahrzeugtragstrukturen geeignet sind, durch Walzprofilieren von Bandblech mittels einer Walzprofilieranlage, wobei vor oder während des Walzprofilierens ein Umformen stattfindet, dadurch gekennzeichnet, dass vor, in oder nach der Walzprofilierungsanlage eine Trennvorrichtung vorgesehen ist, die das zugeführte Bandblech vor der Walzprofilierung in mindestens zwei Streifen gleicher Breite oder erst nach der Walzprofilierung in mindestens zwei Metallprofile zerteilt, wodurch mindestens zwei gleiche oder zueinander symmetrische Metallprofile parallel erzeugt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Walzprofile oder das eine Walzprofil durch entlang der jeweiligen Walzstraße verfahrbar angeordnete Umformwerkzeuge bearbeitet werden, die der Bewegungsrichtung des Walzprofils nachgeführt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Walzprofile oder das eine Walzprofil durch entlang der jeweiligen Walzstraße ortsfest angeordnete Umformwerkzeuge bearbeitet werden wobei die Weiterbewegung der jeweiligen Walzstraße für den Umformvorgang angehalten wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Walzprofilierungsanlage der Querschnitt der mindestens zwei Walzprofile über deren Profillänge verändert wird.
5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der mindestens zwei Walzprofile oder des einen Walzprofils mittels Umformens verändert wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der mindestens zwei Walzprofile mittels Beschneiden entlang der Randkanten der Streifen verändert wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zugeführte Bandblech in 2, 3, 4, 5 oder 6 Streifen gleicher Breite zerteilt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallprofil nach der Walzprofilieranlage entlang ihrer Längsachse in 2, 3, 4, 5 oder 6 gleiche oder zueinander symmetrische Metallprofile zerteilt wird.
9. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Walzprofilieranlage Metallprofilbereiche verminderter Wandstärke gebildet werden.
10. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Walzprofilieranlage Metallprofilbereiche mit Sicken versehen werden.
11. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zugeführte Bandblech unterschiedliche Blechdicken in Längs oder Querrichtung aufweist.