DE102005000893A1 - Verfahren zum Herstellen eines Strukturbauteils für ein Kraftfahrzeug und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines Strukturbauteils für ein Kraftfahrzeug. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lösung zu finden, welche mit hoher Genauigkeit, mit geringen Kosten und hoher Flexibilität im Bauteilquerschnitt ein Biegen hochfester Werkstoffe ermöglicht. Die Erfindung besteht darin, dass bei einem Verfahren, bei dem ein Blechteil aus einer ebenen Ausgangsform in mehreren Stufen durch Biegen im Durchlauf zwischen Walzen in eine profilierte und gekrümmte Endform gebracht wird, in einem ersten Schritt das Blechteil (22) in mehreren Stufen walzprofiliert wird, indem das Blechteil (22) zwischen paarweise hintereinander angeordneten und ein Profil bildenden Biegewalzen (29) geführt wird, und in einem zweiten Schritt das profilierte Blechteil (22) walzgerundet wird, indem das profilierte Blechteil (22) zwischen Biegewalzen (36-38) geführt wird, deren Achsen (39) parallel zu einer Biegeachse ausgerichtet werden. Die Vorrichtung besteht aus einer Verkettung aus einer Walzprofilieranlage (27) und einer Einrichtung (28) zum Walzrunden.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Strukturbauteils für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 7.
• Gekrümmte Trägerstrukturen für Kraftfahrzeuge (insbesondere PKW, NFZ oder Busse) werden in der Regel im Tiefziehverfahren hergestellt. Für jede Geometrie ist ein eigenes Tiefziehwerkzeug notwendig. Weil innerhalb einer Baureihe wenige Gleichteile auftreten, ist die Herstellung nach dem Tiefziehverfahren kostenintensiv.
• Aus der DE 100 11 755 A1 ist eine Vorrichtung zum Walzprofilieren von Bauteilen mit über der Längsachse veränderlichen Querschnitten bekannt, bei der ein Walzengerüst mit einem Walzenpaar verwendet wird, dass neben einer Verschiebung quer zu einer Profilierrichtung zusätzlich eine Drehbewegung um eine vertikale Achse ausführen kann. Verschiebung und Verdrehung sind entsprechend dem Verlauf einer Biegelinie automatisch ausführbar, wobei die Drehachse stets durch die Biegekante verläuft. Die Verschiebung wird mit Gewindetrieben vorgenommen. Die Drehbewegung des Walzenpaares kann entweder direkt mit Hilfe eines angetriebenen Drehtisches oder über ein Hebelgetriebe eingeleitet werden.
• Die Vorrichtung nach DE 100 11 755 A1 dient zum Herstellen einfacher Profile mit einer oder zwei symmetrischen Biegekanten, wie zum Beispiel zum Herstellen von U-Profilen mit einem Steg und zwei gleichartigen Schenkeln, wobei der Querschnitt in Profilierrichtung nicht konstant ist. Um bei einer Aufweitung der Stegbreite gleich bleibende Schenkelhöhen zu gewährleisten, werden die Halbzeuge, wie z. B. ein Blechband, oder die Profile vor oder nach dem Profilieren beschnitten. Die Konstruktion für die Bewegung der Walzen ist material- und kostenaufwendig. Der Austausch einer defekten Komponente gegen eine neue Komponente dauert relativ lange.
• Ein Verfahren nach der DE 37 38 566 A1 dient zum bogenförmigen Abbiegen eines Bleches. Ein vorprofiliertes Blech wird in seinem Stegbereich zwischen zwei horizontalen Presswalzen ausgewalzt. Durch das Auswalzen entsteht eine kontrollierte Ausdünnung und damit eine einseitige Streckung, so dass sich das Blechteil verbiegt. Bei dem Verfahren entsteht eine Querschnittsänderung des Blechteils.
• Bei einem Verfahren zum Biegen eines vorprofilierten Bleches nach der AT 359 805 werden während des Biegens durchgehende Längssicken ausgebildet. Damit wird eine unvermeidliche Materialstauchung in den Sicken aufgefangen, so dass keine Ausbeulungen auftreten.
• Die DE 39 40 984 A1 beinhaltet ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Biegen eines Blechteils zu Schalen oder Rohren, bei denen durch eine Biegewalzenverstellung im Durchlauf verfahren hintereinander folgend positive und negative Biegungsradien aneinandergefügt werden. Ausgehend von einer geradlinigen Führung des Blechteils wird das Blechteil durch Verschwenken mindestens einer Biegewalze umgeformt.
• Nachteilig bei den bekannten Verfahren und Vorrichtungen ist, dass die Maßhaltigkeit beim Biegen von Strukturbauteile aus hochfestem Stahl nicht ausreichend ist. Die Strukturbauteile müssen mit relativ großen Radien gebogen werden, was die Steifigkeit verringert.
• Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines Strukturbauteils für ein Kraftfahrzeug zu entwickeln, welche mit hoher Genauigkeit, mit geringen Kosten und hoher Flexibilität im Bauteilquerschnitt ein Biegen hochfester Werkstoffe ermöglichen.
• Die Aufgabe wird mit einem Verfahren gelöst, welches die Merkmale nach Anspruch 1 aufweist. Eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung ergibt sich aus den Merkmalen nach Anspruch 7. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
• Gemäß der Erfindung wird ein Strukturbauteil in einer neuartigen Prozesskette aus Walzprofilieren und Walzrunden hergestellt. Die Vorrichtung umfasst eine mit einer Walzprofilieranlage verkettete Einrichtung zum Walzrunden. Durch Verstellen von Biegewalzen beim Profilieren und Walzrunden können unterschiedliche Bauteilgeometrien ohne Werkzeugwechsel und ohne zusätzliche Werkzeugkosten erreicht werden. Dadurch ist es möglich, einen Satz oder eine Baureihe zusammengehörender Strukturbauteile, z.B. für eine Busstruktur, mit nur einem Werkzeugsatz herzustellen. Die Erfindung ermöglicht ein Biegen von engen Radien mit geringen Toleranzen. Z.B. sind nach dem Verfahren Bauteilradien im Bereich von 1–3 mm realisierbar. Im Tiefziehprozess wären nur Bauteilradien im Bereich von 3–6 mm möglich. U. a. sind Strukturbauteile aus flexibel gewalzten Platinen mit veränderlichen Wandstärken herstellbar. Beim Walzprofilieren und beim Walzrunden wird das Material eines Rohteils oder eines Halbfertigteils inkrementell lokal an einer Stelle umgeformt. Daraus ergibt sich eine Vielzahl von Formänderungsmöglichkeiten bei geringen Umformkräften. Die Gefahr des Auftretens von Rissen und/oder Falten ist gemindert. Die Vorrichtung kann im Start/Stopp- Betrieb oder im kontinuierlichen Betrieb arbeiten. Es ist möglich, zwischen der Walzprofilieranlage und der Einrichtung zum Walzrunden eine Pufferstrecke für profilierte Strukturbauteile anzuordnen. Der Einrichtung zum Walzrunden kann unmittelbar eine Fügevorrichtung folgen, was eine flexible Fertigungszelle darstellt.
• Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Dabei zeigen:
• 1 ein Dachrahmenteil in perspektivischer Darstellung,
• 2 einen Querschnitt durch das Dachrahmenteil nach 1,
• 3 ein Schema zur Biegegeometrie nach einem Walzrunden des Dachrahmenteils nach 1,
• 4 ein Schema einer Fertigungszelle mit verketteten Biegevorrichtungen zur Herstellung des Dachrahmenteils nach 1, und
• 5 Rollensatz einer fünfstufigen Walzprofilieranlage für das Dachrahmenteil.
• 1 zeigt ein Dachrahmenteil 1 eines PKWs. Wie aus 2 hervorgeht, handelt es sich um ein Profilteil mit rechtwinkligen Schenkeln 2–10 der Längen A-F und Biegungen 11–18 mit den Radien R1 und R2 mit R2 < R1. Die Blechdicke beträgt d. Typische Werte sind: R1 = 4 mm, R2 = 2 mm, d = 2 mm, A = 33 mm, B = 21 mm, C = 30 mm, D = 20 mm, E = 34 mm, F = 10 mm. Die Biegungen 12, 13, 16, 17 besitzen den Radius R1. Die Biegungen 11, 14, 15, 18 haben den Radius R2.
• Das Dachrahmenteil 1 soll das in 3 gezeigte Rundungsprofil erhalten. Das Dachrahmenteil 1 ist zur Hälfte dargestellt. Ausgehend von einer Symmetrielinie 19 wird die Krümmung mit den Radien R3–R8 kontinuierlich vergrößert. Am Ende besitzt das Dachrahmenteil 1 eine Aufbiegung um einen Winkel α, wobei sich gegenüber einer Grundlinie 20 eine Höhe h ergibt. Typische Werte bei einer Länge von 1 m des Dachrahmenteils 1 sind: R3 = 10000 mm, R4 = 900 mm, R5 = 800 mm, R6 = 750 mm, R7 = 650 mm, R8 = 200 mm, α = 15°, h = 30 mm.
• 4 zeigt eine Fertigungszelle zur Herstellung des Dachrahmenteils 1. Die Fertigungszelle umfasst eine Abwickelstation 21 für ein ringförmig aufgewickeltes Blechband 22 aus einem hochfesten Stahl. Das abgewickeltes Blechband 22 durchläuft eine Richtstation 23 mit Richtwalzen 24 und eine Lochstation 25 mit einem Schneidwerkzeug 26. Nach der Lochstation ist das Blechband 22 in eine Walzprofilierstation 27 geführt, der unmittelbar eine Station 28 zum Walzrunden folgt.
• Die Walzprofilierstation 27 enthält bis zu 25, hier beispielhaft fünf Walzenpaare 29 mit abgestuften Profilquerschnitten, was näher aus 5 hervorgeht. Die Achsen 30 der Walzen der Walzenpaare 29 stehen senkrecht zur Förderrichtung 31 des Blechbandes 22. Die Walzen sind zum Vortrieb des Blechbandes 22 angetrieben. Zum Einstellen auf ein zu erzeugendes Profil sind die Walzen jeweils über ein Getriebe 32 mit einem Motor 33 verbunden. Mittels der Getriebe 32 sind die Walzen um die Förderrichtung 31 schwenkbar und/oder quer zur Förderrichtung 31 verschiebbar. Die Motoren 33 stehen mit einer Steuervorrichtung 34 in Verbindung. In der Walzprofilierstation 27 befindet sich mindestens ein Sensor 35 zum Messen der Profilgeometrie. Der Sensor 35 ist mit der Steuervorrichtung 34 verbunden. Am Ausgang des Walzenspaltes des fünften Walzenpaares 29 besitzt das Blechband 22 ein gewünschtes Profil, wie es z.B. in 2 dargestellt ist.
• Das profilierte Blechband 22 wird nach der Walzprofilierstation 27 der Station 28 zum Walzrunden zugeführt. Die Station 28 enthält zwei rotatorisch angetriebene Biegewalzen 36, 38 und eine mitlaufende Biegewalze 37, deren Achsen 39 senkrecht zur Förderrichtung 31 stehen und einen Abstand aufweisen, so dass ein Einlaufspalt für das profilierte Blechband 22 besteht. Zum Einbringen einer Biegung 40 in das profilierte Blechband 22 werden die Biegewalzen 36–38 quer zur Förderrichtung 31 verstellt, wozu weitere Getriebe 32 und Motoren 33 vorgesehen sind. Die Ansteuerung dieser Motoren 33 erfolgt ebenfalls mit der Steuervorrichtung 34. Mit mindestens einem Sensor 41 wird die Ausführung der Biegung 40 laufend erfasst. Die Sensoren 41 stehen mit der Steuervorrichtung 34 in Verbindung. Am Ausgang der Station 28 ist das profilierte und gebogene Blechband 22 zu einer Trennstation 42 geführt. Mit einem Trennwerkzeug 43 wird das fertig gebogene Dachrahmenteil 1 abgelängt und einem Fügevorgang zugeführt.
• Die Fertigungszelle ermöglicht eine flexible Fertigung von Biegeteilen. Die Positionen der Walzen 29, 36–38 der Walzprofilierstation 27 und der Station 28 zum Walzrunden werden über die Motoren 33 und Getriebe 32 auf ein zu fertigendes Profil bzw. eine zu fertigende Krümmung voreingestellt. Die Stellgrößen für die Voreinstellung können aus CAD-Daten in der Steuervorrichtung 34 bestimmt werden. Beim Profilieren bzw. beim Rundbiegen werden die Ist-Geometrien mit den Sensoren 35, 41 erfasst und mit Soll-Geometrien verglichen. Soll-Ist-Abweichungen werden durch Verstellen der Walzenpositionen ausgeglichen. Insbesondere werden die Abstände und/oder die Neigungen der Walzenachsen programmgesteuert gestellt, wozu die Steuervorrichtung 34 einen Rechner enthält. Damit ist eine hohe Maßhaltigkeit gewährleistet.
• Die Erfindung ist nicht nur auf das zuvor geschilderte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern vielmehr auf weitere übertragbar.
• So ist zum Beispiel denkbar, dass profilierte Blechteil vor dem Walzrunden zu trennen und mittels eines Roboters in die Biegevorrichtung zu führen.
• Alternativ zu der Biegevorrichtung kann das abgelegte profilierte Blechteil auch in einem Formwerkzeug zu einem gekrümmten Profil verformt werden.

1

Dachrahmenteil

2–10

Schenkel

11–18

Biegung

19

Symmetrielinie

20

Grundlinie

21

Abwickelstation

22

Blechband

23

Richtstation

24

Richtwalze

25

Lochstation

26

Schneidwerkzeug

27

Walzprofilierstation

28

Station

29

Walzenpaar

30

Achse

31

Förderrichtung

32

Getriebe

33

Motor

34

Steuervorrichtung

35

Sensor

36–38

Biegewalze

39

Achse

40

Biegung

41

Sensor

42

Trennstation

43

Trennwerkzeug

Claims (9)

1. Verfahren zum Herstellen eines Strukturbauteils für ein Kraftfahrzeug, bei dem ein Blechteil aus einer ebenen Ausgangsform in mehreren Stufen durch Biegen im Durchlauf zwischen Walzen in eine profilierte und gekrümmte Endform gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt das Blechteil (22) in mehreren Stufen walzprofiliert wird, indem das Blechteil (22) zwischen paarweise hintereinander angeordneten und ein Profil bildende Biegewalzen (29) geführt wird, und dass in einem zweiten Schritt das profilierte Blechteil (22) walzgerundet wird, indem das profilierte Blechteil (22) zwischen Biegewalzen (36–38) geführt wird, deren Achsen (39) parallel zu einer Biegeachse ausgerichtet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Walzprofilieren und das Walzrunden in einem kontinuierlichen Arbeitsgang durchgeführt wird, wobei das profilierte Blechteil (22) beim Verlassen des letzten Walzenpaares (29) beim Walzprofilieren direkt den Biegewalzen (36–38) beim Walzrunden zugeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegewalzen (36–38) beim Walzrunden abhängig von einem gewünschten Krümmungsverlauf senkrecht zu den Walzenachsen (39) verschoben werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegewalzen (36–38) beim Walzrunden abhängig von der Profilstärke (d) nach dem Walzprofilieren senkrecht zu den Walzenachsen (39) verschoben werden.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschiebung der Biegewalzen (36–38) programmgesteuert durchgeführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegegeometrie laufend gemessen und mit einem Bezugswert verglichen wird dass aus den resultierenden Vergleichswerten Stellgrößen für Stellelemente (32, 33) der Biegewalzen (29, 36–38) bestimmt werden, und dass mit den Stellelementen (32, 33) zur Kompensation einer Abweichung der Biegegeometrie vom Bezugswert die Abstände und/oder Neigung der Walzenachsen (30, 39) eingestellt werden.
7. Biegevorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Walzprofilieranlage (27) und eine Einrichtung (28) zum Walzrunden und miteinander verkettet sind.
8. Biegevorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (28) zum Walzrunden mehrere senkrecht zu den Walzenachsen (39) verschiebbare Biegewalzen (36–38) enthält, wobei zwei Biegewalzen (36–38) einen Einlaufspalt für ein profiliertes Blechteil (22) bilden, welches von einem letzten Walzenpaar (29) der Walzprofilieranlage (27) geführt ist.
9. Biegevorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstände und/oder Neigungen der Walzenachsen (30, 39) einstellbar sind.