DE102004025857A1

DE102004025857A1 - Rohrprofil mit bereichsweise gekrümmtem Verlauf und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE102004025857A1
Application number: DE200410025857
Authority: DE
Inventors: Markus Exner
Original assignee: Wilhelm Karmann GmbH
Current assignee: Wilhelm Karmann GmbH
Priority date: 2004-05-24
Filing date: 2004-05-24
Publication date: 2005-12-22

Abstract

Rohrprofil mit bereichsweise gekrümmtem Verlauf, insbesondere als Halbzeug für eine Karosseriesäue, bestehend aus einem U- und O-förmig verformten und entlang seiner Ränder verschweißten Materialzuschnitt, der im Ausgangszustand eben ist und einen ersten länglichen Bereich, einen daran anschließenden Übergangsbereich und einen an diesen anschließenden zweiten länglichen Bereich aufweist, wobei eine erste Längsmittellinie des ersten Bereichs abgewinkelt gegenüber einer zweiten Längsmittellinie des zweiten Bereichs verläuft; sowie Herstellungsverfahren mit den Schritten: a) Bereitstellen eines Materialzuschnitts, b) Verformen des Materialzuschnitts zu einem abgerundet abgewinkelten, einseitig offenen Profil mit U-Querschnitt, c) Verformen des offenen Profils zu einem geschlossenen Rohrprofil und d) Verschweißen von benachbarten Rändern des Rohrprofils.

Description

Die Erfindung betrifft ein Rohrprofil mit bereichsweise gekrümmtem Verlauf sowie ein verfahren zur Herstellung eines derartigen Rohrprofils, welches sich insbesondere als Halbzeug für eine Kraftfahrzeugsäule eignet.
Bekannte Rohrprofile, die in ihrem Verlauf eine Krümmung aufweisen, beispielsweise eine abgerundet abknikkende A-Säule eines Kraftfahrzeugs, sind in der Herstellung relativ aufwendig, da mit der Krümmung in der Regel auch eine Verringerung des Querschnitts bzw. Durchmessers verbunden ist und aus Festigkeitsgründen ein glatter Verlauf der Rohrwandung erforderlich ist, d.h. ohne Wellungen oder Riffelungen, wie sie beispielsweise bei abknickend gebogenen Rohrleitungen bekannt sind.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Rohrprofil mit bereichsweise gekrümmtem verlauf sowie ein vereinfachtes Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß zunächst durch ein Rohrprofil mit bereichsweise gekrümmtem Verlauf, insbesondere als Halbzeug für eine Kraftfahrzeugsäule, gelöst, besteht aus einem U- und O-förmig verformten und entlang seiner Ränder verschweißten Materialzuschnitt, der im Ausgangszustand eben ist und einen ersten länglichen Bereich, einen daran anschließenden Übergangsbereich und einen an diesen anschließenden zweiten läng lichen Bereich aufweist, wobei eine erste Längsmittellinie des ersten Bereichs abgewinkelt gegenüber einer zweiten Längsmittellinie des zweiten Bereichs verläuft.
Es kann vorgesehen sein, daß der erste längliche Bereich zwei gerade, parallele Seitenkanten aufweist, wobei dann ein zylindrischer Rohrabschnitt erhalten wird. Alternativ kann der erste längliche Bereich näherungsweise trapezförmig sein und zwei gerade, abgewinkelt zueinander verlaufende Seitenkanten aufweisen, wobei dann ein konischer Rohrabschnitt entsteht.
In entsprechender Weise kann vorgesehen sein, daß der zweite längliche Bereich zwei gerade, parallele Seitenkanten aufweist, oder alternativ zwei gerade, abgewinkelt zueinander verlaufende Seitenkanten aufweist.
Es kann vorgesehen sein, daß die erste Längsmittellinie unter einem Winkel von zwischen 1° und 70° zu der zweiten Längsmittellinie verläuft.
Der erste Bereich kann an seinem in den Übergangsbereich übergehenden Ende breiter sein als der zweite Bereich an seinem in den Übergangsbereich übergehenden Ende, so daß der aus dem Übergangsbereich gebildete, gebogene Bereich des Rohrprofils einen sich verjüngenden Querschnitt aufweist.
Es kann vorgesehen sein, daß der Übergangsbereich Seitenkanten aufweist, die stufenlos und/oder knickfrei in Seitenkanten des ersten und/oder zweiten Bereichs übergehen. Hierbei kann vorgesehen sein, daß jede Seiten kante des Übergangsbereichs (nur) eine Krümmungsrichtung aufweist, d.h. keine Krümmungsänderung und bevorzugt auch keine nicht gekrümmten Abschnitte enthält.
Bevorzugt sieht die Erfindung vor, daß der Übergangsbereich, in Richtung von dem ersten zu dem zweiten länglichen Bereich gesehen, eine kontinuierlich abnehmende Breite (gemessen in Querrichtung zu seiner Längsmittellinie) aufweist.
Weiterhin kann vorgesehen sein, daß das Rohrprofil nach dem Verschweißen mittels Innenhochdruckumformung in eine vorgegebene Endform gebracht ist.
Die Aufgabe der Erfindung wird ferner gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen eines bereichsweise gebogenen Rohrprofils gemäß der Erfindung, das sich insbesondere als Halbzeug für eine Kraftfahrzeugsäule eignet, mit den Schritten a) Bereitstellen eines ebenen Materialzuschnitts, der einen ersten länglichen Bereich, einen daran anschließenden Übergangsbereich und einen an diesen anschließenden zweiten länglichen Bereich aufweist, wobei eine erste Längsmittellinie des ersten Bereichs abgewinkelt gegenüber einer zweiten Längsmittellinie des zweiten Bereichs verläuft, b) Verformen, insbesondere Kaltumformen, des Materialzuschnitts entlang des ersten, zweiten und Übergangsbereichs zu einem in Längsrichtung abgerundet abgewinkelt verlaufenden, einseitig offenen Profil mit U-ähnlicher Querschnittsform, c) Verformen, insbesondere Kaltumformen, des offenen Profils zu einem in Umfangsrichtung im wesentlichen geschlossenen Rohrprofil mit einem ersten Rohrab schnitt, einem daran anschließenden gekrümmten rohrförmigen Übergangsabschnitt und einem an diesen anschließenden zweiten Rohrabschnitt, und d) Verschweißen von benachbarten Rändern des Rohrprofils.
Es kann vorgesehen sein, daß der erste längliche Bereich zwei gerade, parallele Seitenkanten aufweist, wobei dann ein zylindrischer Rohrabschnitt erhalten wird. Alternativ kann der erste längliche Bereich näherungsweise trapezförmig sein und zwei gerade, abgewinkelt zueinander verlaufende Seitenkanten aufweisen, wobei dann ein konischer Rohrabschnitt entsteht.
In entsprechender Weise kann vorgesehen sein, daß der zweite längliche Bereich zwei gerade, parallele Seitenkanten aufweist, oder alternativ zwei gerade, abgewinkelt zueinander verlaufende Seitenkanten aufweist.
Es kann vorgesehen sein, daß die erste Längsmittellinie unter einem Winkel von zwischen 1° und 70° zu der zweiten Längsmittellinie verläuft.
Der erste Bereich kann an seinem in den Übergangsbereich übergehenden Ende breiter sein als der zweite Bereich an seinem in den Übergangsbereich übergehenden Ende, so daß der aus dem Übergangsbereich gebildete, gebogene Bereich des Rohrprofils einen sich verjüngenden Querschnitt aufweist.
Es kann vorgesehen sein, daß der Übergangsbereich Seitenkanten aufweist, die stufenlos und/oder knickfrei in Seitenkanten des ersten und/oder zweiten Bereichs über gehen. Hierbei kann vorgesehen sein, daß jede Seitenkante des Übergangsbereichs (nur) eine Krümmungsrichtung aufweist, d.h. keine Krümmungsänderung und bevorzugt auch keine nicht gekrümmten Abschnitte enthält.
Bevorzugt sieht die Erfindung vor, daß der Übergangsbereich, in Richtung von dem ersten zu dem zweiten länglichen Bereich gesehen, eine kontinuierlich abnehmende Breite (gemessen in Querrichtung zu seiner Längsmittellinie) aufweist.
Weiterhin kann vorgesehen sein, daß das Rohrprofil nach dem Verschweißen mittels Innenhochdruckumformung in eine vorgegebene Endform gebracht wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert, wobei auf eine Zeichnung Bezug genommen wird, in der
1 eine perspektivische Ansicht eines Materialzuschnitts zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Rohrprofils zeigt,
2 eine erste Umformstufe des Materialzuschnitts nach 1 zeigt,
3 eine zweite Umformstufe des Materialzuschnitts nach 1 bzw. 2 zeigt, und
4 eine Draufsicht auf den Materialzuschnitt nach 1 zeigt.
1 und 4 zeigen in perspektivischer Ansicht bzw. Draufsicht einen Materialzuschnitt 2, der für die Herstellung des erfindungsgemäßen Rohrprofils 4 (3) verwendet wird. Der Materialzuschnitt 2 besteht im Ausgangszustand aus einem ebenen Metallblech, insbesondere einem hochfesten Stahlblech, und weist einen ersten länglichen Bereich 6, einen zweiten länglichen Bereich 8 und einen dazwischen befindlichen Übergangsbereich 10 auf.
In dem dargestellten Beispiel sind sowohl der erste als auch der zweite Bereich 6, 8 rechteckförmig mit einer Breite B1, B2, einer jeweiligen Längsmittellinie 12, 14 und parallelen Seitenkanten 16, 18 und 20, 22, so daß im Endergebnis zylindrische Rohrabschnitte 30, 32 gebildet werden (3). Alternativ könnte einer der Bereiche 6, 8 oder beide eine nicht rechteckförmige Grundform aufweisen, beispielsweise näherungsweise eine Trapezform, wobei dann konisch zulaufende Rohrabschnitte aus diesen Bereichen gebildet werden könnten.
Wenn vor- und nachstehend von einem „länglichen" Bereich 6 bzw. 8 die Rede ist, so bedeutet dies nicht zwangsläufig, daß ein solcher Bereich länger ist als breit, d.h. seine Erstreckung in Richtung der Längsmittellinie 12 oder 14 größer ist als die Breite B1 oder B2, sondern die Angabe „länglich" weist lediglich darauf hin, daß die Seitenkanten 16, 18 und 20, 22 parallel zueinander sind oder einen in der Regel relativ kleinen Winkel miteinander einschließen, so daß entweder ein zylindrischer oder ein relativ spitzwinklig konisch zulaufender Rohrabschnitt gebildet wird, d.h. ein Rohrabschnitt, dessen Konushalbwinkel relativ klein ist.
Die Längsmittellinien 12, 14, der ersten und zweiten Bereiche 6, 8 verlaufen abgewinkelt zueinander, wobei ein Winkel α bei einer Verwendung des fertigen Rohrprofils als Halbzeug für eine Kraftfahrzeugsäule für einen PKW beispielsweise etwa in einem Bereich von 40° bis 65° liegen kann, und für eine Fahrerhauskabine eines LKW etwa in einem Bereich von 1° bis 20°, wobei allerdings grundsätzlich jeder beliebige Winkel vorstellbar ist.
Der Übergangsbereich 10 mit Seitenkanten 24, 26 dient dazu, daß bei der anschließenden Kaltverformung (2 und 3) benötigte Material bereitzustellen, damit zwischen den durch die ersten und zweiten Bereiche gebildeten ersten und zweiten Rohrabschnitte 30, 32 ein in sich gekrümmter, rohrförmiger Übergangsabschnitt 34 mit im wesentlichen an jeder Stelle kreisförmigem Querschnitt gebildet werden kann. Aufgrund der Tatsache, daß die ersten und zweiten Rohrabschnitte 30, 32 wegen ihrer Geradlinigkeit (unabhängig davon, ob konisch oder zylindrisch) durch Verformen der ersten und zweiten Bereiche 6, 8 in nur einer Krümmungsrichtung herstellbar sind, wobei also das Material in diesen Bereichen nicht tiefziehartig verformt werden muß, der Übergangsabschnitt 34 dagegen in sich gekrümmt ist, muß das den Übergangsbereich 10 bildende Material des ursprünglichen Materialzuschnitts 2 räumlich verformt werden, d.h. es treten Krümmungskomponenten in zwei zueinander senkrechten Richtungen auf, die ein Fließen des Materi als erforderlich machen (tief ziehartiges Verformen). Aus diesem Grunde existiert keine ebene Abwicklung des fertigen Übergangsabschnitts 34, im Gegensatz zu den Bereichen 6 und 8, die jeweils eine ebene Abwicklung der Rohrabschnitte 30, 32 darstellen. Ein optimaler Verlauf der Seitenkanten 24, 26 des Übergangsbereichs 10 ist daher nicht ohne weiteres vorhersagbar und muß durch Versuche, auch in Abhängigkeit von dem Winkel α der gegenseitigen Ausrichtung des ersten und zweiten Bereichs 6, 8, festgelegt werden.
Ein erster Umformschritt, bevorzugt eine Kaltumformung, beinhaltet gemäß 2 die Verformung des Materialzuschnitts 2 entlang der Bereiche 6, 8 und 10, wobei ein abgerundet abgewinkeltes, einseitig offenes Profil mit U-ähnlicher Querschnittsform gebildet wird.
In einem zweiten Verformungsschritt, ebenfalls bevorzugt als Kaltumformung, wird das in dem ersten Schritt hergestellte offene Profil zu einem im wesentlichen geschlossenen Rohrprofil mit den ersten und zweiten Rohrabschnitten 30, 32 und dem diese verbindenden Übergangsabschnitt 34 abschließend verformt. Danach werden die nunmehr unmittelbar benachbart liegenden Seitenkanten der Bereiche 6 bis 10 miteinander verschweißt, so daß ein vollständig geschlossenes Rohrprofil gebildet wird. Dieses Rohrprofil kann abschließend noch durch einen Innenhochdruck-Umformschritt in eine vorgegebene Fertigform gebracht werden.
Der erste Umformschritt (2) erfolgt mit Werkzeugen, wie sie zur Herstellung von Rohrprofilen aus einem ebenen Materialzuschnitt an sich bekannt sind. Entsprechendes gilt für den zweiten Umformschritt, bei dem von der offenen Seite des U-Profils her, d.h. in 2 von oben, auf die beiden parallel nach oben abstehenden Endabschnitte eingewirkt wird und diese zu einem Rohrprofil gemäß 3 geschlossen werden.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens und Rohrprofils liegen darin, daß das Rohrprofil in wenigen Prozeßschritten herstellbar ist, und daß aufgrund der geringen Kaltverfestigung bei der Herstellung ein bedeutendes Umformvermögen verbleibt, so daß kein Glühen notwendig ist, wenn das fertige Rohrprofil noch durch Innenhochdruckumformung (IHU) weiterverformt werden soll. Zudem ist der Einsatz von verschiedenen Materialgüten und Materialdicken und auch von bereits oberflächenbeschichtetem Ausgangsmaterial (z.B. verzinkt) möglich.

2: Materialzuschnitt
4: Rohrprofil
6: erster Bereich
8: zweiter Bereich
10: Übergangsbereich
12: erste Längsmittellinie (von 6)
14: zweite Längsmittellinie (von 8)
15: Längsmittellinie (von 10)
16, 18: Seitenkante (von 6)
20, 22: Seitenkante (von 8)
24, 26: Seitenkante (von 10)
30: erster Rohrabschnitt
32: zweiter Rohrabschnitt
34: Übergangsabschnitt
α: Winkel zwischen 12, 14

Claims

Rohrprofil (4) mit bereichsweise gekrümmtem Verlauf, insbesondere als Halbzeug für eine Karosseriesäule, bestehend aus einem U- und O-förmig verformten und entlang seiner Ränder (16, 18, 20, 22, 24, 26) verschweißten Materialzuschnitt (2), der im Ausgangszustand eben ist und einen ersten länglichen Bereich (6), einen daran anschließenden Übergangsbereich (10) und einen an diesen anschließenden zweiten länglichen Bereich (8) aufweist, wobei eine erste Längsmittellinie (12) des ersten Bereichs (6) abgewinkelt (α) gegenüber einer zweiten Längsmittellinie (14) des zweiten Bereichs (8) verläuft.
Rohrprofil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste längliche Bereich (6) zwei gerade, parallele Seitenkanten (16, 18) aufweist.
Rohrprofil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste längliche Bereich näherungsweise trapezförmig ist und zwei gerade, abgewinkelt zueinander verlaufende Seitenkanten aufweist.
Rohrprofil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite längliche Bereich (8) zwei gerade, parallele Seitenkanten (20, 22) aufweist.
Rohrprofil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite längliche Be reich näherungsweise trapezförmig ist und zwei gerade, abgewinkelt zueinander verlaufende Seitenkanten aufweist.
Rohrprofil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Längsmittellinie (12) unter einem Winkel (α) von zwischen 1° und 70° zu der zweiten Längsmittellinie (14) verläuft.
Rohrprofil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Bereich (6) an seinem in den Übergangsbereich (10) übergehenden Ende breiter ist (B1) als der zweite Bereich (8) an seinem in den Übergangsbereich (10) übergehenden Ende (B2).
Rohrprofil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergangsbereich (10) Seitenkanten (24, 26) aufweist, die stufenlos und/oder knickfrei in Seitenkanten (16, 18; 20, 22) des ersten (6) und/oder des zweiten Bereichs (8) übergehen.
Rohrprofil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jede Seitenkante (24, 26) des Übergangsbereichs (10) nur eine Krümmungsrichtung aufweist.
Rohrprofil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergangsbereich (10), in Richtung von dem ersten (6) zu dem zweiten länglichen Bereich (8) gesehen, eine kontinuierlich abnehmende Breite aufweist.
Rohrprofil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrprofil nach dem Verschweißen mittels Innenhochdruckumformung in eine vorgegebene Endform gebracht ist.
verfahren zum Herstellen eines bereichsweise gebogenen Rohrprofils (4) nach einem der vorangehenden Ansprüche, insbesondere als Halbzeug für eine Karosseriesäule, mit den Schritten: a) Bereitstellen eines ebenen Materialzuschnitts (2), der einen ersten länglichen Bereich (6), einen daran anschließenden Übergangsbereich (10) und einen an diesen anschließenden zweiten länglichen Bereich (8) aufweist, wobei eine erste Längsmittellinie (12) des ersten Bereichs (6) abgewinkelt (α) gegenüber einer zweiten Längsmittellinie (14) des zweiten Bereichs (8) verläuft, b) Verformen, insbesondere Kaltumformen, des Materialzuschnitts (2) entlang des ersten (6), zweiten (8) und Übergangsbereichs (10) zu einem in Längsrichtung abgerundet abgewinkelt verlaufenden, einseitig offenen Profil mit U-ähnlicher Querschnittsform, c) Verformen, insbesondere Kaltumformen, des offenen Profils zu einem in Umfangsrichtung im we sentlichen geschlossenen Rohrprofil mit einem ersten Rohrabschnitt (30), einem daran anschließenden, gekrümmten rohrförmigen Übergangsabschnitt (34) und einem an diesen anschließenden zweiten Rohrabschnitt (32), und d) Verschweißen von benachbarten Rändern (16, 18, 20, 22, 24, 26) des Rohrprofils.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der erste längliche Bereich (6) zwei gerade, parallele Seitenkanten (16, 18) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der erste längliche Bereich zwei gerade, abgewinkelt zueinander verlaufende Seitenkanten aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite längliche Bereich (8) zwei gerade, parallele Seitenkanten (20, 22) aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite längliche Bereich zwei gerade, abgewinkelt zueinander verlaufende Seitenkanten aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Längsmittellinie (12) unter einem Winkel (α) von zwischen 1° und 70° zu der zweiten Längsmittellinie (14) verläuft.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Bereich (6) an seinem in den Übergangsbereich (10) übergehenden Ende breiter ist (B1) als der zweite Bereich (8) an seinem in den Übergangsbereich (10) übergehenden Ende (B2).
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergangsbereichs (10) Seitenkanten (24, 26) aufweist, die stufenlos und/oder knickfrei in Seitenkanten (16, 18; 20, 22) des ersten (6) und/oder des zweiten Bereichs (8) übergehen.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß jede Seitenkante (24, 26) des Übergangsbereichs (10) nur eine Krümmungsrichtung aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergangsbereich (10), in Richtung von dem ersten (6) zu dem zweiten länglichen Bereich (8) gesehen, eine kontinuierlich abnehmende Breite aufweist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrprofil nach dem Verschweißen mittels Innenhochdruckumformung in eine vorgegebene Endform gebracht wird.