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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von
Profilen, insbesondere von Hohlprofilen.
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Beim
Automobilbau und in anderen technischen Gebieten werden Komponenten
benötigt,
die zum Teil eine komplexe Form aufweisen. Solche Komponenten, die
Hohlprofile darstellen, können
auf unterschiedliche Arten hergestellt werden. Einige Komponenten
werden in einer Schalenbauweise gefertigt, wobei einzelne Halbschalen
durch ein geeignetes Umformverfahren, wie beispielsweise Tiefziehen
geformt werden. Die so geformten Halbschalen werden in einem anschließenden Fertigungsschritt miteinander
verschweißt
oder auf andere Weise verbunden. Bei Komponenten, bei denen die
Anforderungen an das Material im Einsatz eine solche Herstellung
nicht ermöglichen,
ist es bekannt, aus einem Ausgangsprofil mittels eines Hydroformens
insbesondere durch Innenhochdruckumformung die gewünschte Profilform
zu erhalten. Ein solches Hydroformverfahren ist beispielsweise in
der
EP 0 770 435 B1 beschrieben.
Mit diesem Verfahren wird in dem Dokument des Standes der Technik
ein Achsträger hergestellt.
Hierzu werden in ein Ausgangsprofil mittels hydraulischen Innendrucks
Ausbauchungen eingebracht. In einem anschließenden Verfahrensschritt wird
erneut mittels hydraulischen Inndrucks das Hohlprofil gebogen und
schließlich
in seine Endform gebracht.
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Obwohl
sich mit Hydroformverfahren eine große Anzahl von Profilformen,
die auch komplexer Natur sein können,
herstellen lassen, ist die Anwendungsmöglichkeit dieser Umformverfahren
begrenzt. Bei dem Hydroumformverfahren ist eine Querschnittsänderung,
d. h. eine Änderung
der Größe des Querschnittsumfangs über die
Profillänge
nur in geringem Maße
möglich.
Bei einigen Komponenten ist es zur Erfüllung von deren Funktionen
allerdings notwendig, auch große
Unterschiede in dem Profilquerschnitt herstellen zu können.
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In
der
DE 198 03 738
B4 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Hohlprofil-Bauteils
beschrieben, bei dem zur Hydroumformung ein Hohlprofil verwendet
wird, das mindestens in einem Teilbereich gefaltet ist. Hierdurch
soll sichergestellt werden, dass nach dem Hydroumformen trotz der
unterschiedlichen Querschnitte das Endprofil im Wesentlichen überall die
gleiche Wandstärke
besitzt. Der Nachteil dieses Verfahrens liegt darin, dass das Ausgangsprofil
bereits konkret für
das zu fertigende Endprofil vorbereitet sein muss. Zudem ist das
exakte Einbringen der Falten aufwändig.
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Weiterhin
ist in der
DE 197
19 628 C2 ein Verfahren zur Herstellung eines ausgebauchten Hohlprofils
beschrieben. Hierbei wird vor einem Innenhochdruck-Umformen ein Ausgangsprofil
an einem Bereich abgeplattet, um in diesem Bereich ausreichendes
Material für
die einzubringende Ausbauchung zur Verfügung zu stellen. Zusätzlich kann
es erforderlich sein, während
des Aufbauchens durch Stauchen des Hohlprofils weiteres Material
in den Ausbauchungsbereich zu befördern. Dieses Verfahren ist
aufwändig
und ausschließlich
für die
Herstellung von einseitige ausgebauchten Hohlprofilen anwendbar.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher ein Herstellungsverfahren
für Profile
zu schaffen, bei dem sowohl eine Änderung des Querschnittsumfangs
in großen
Bereichen realisiert werden kann, als auch eine große Anzahl
verschiedener komplexer Profilformen aus einem einfachen Ausgangsprofil
auf einfache Weise gefertigt werden kann.
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Der
Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass diese Aufgabe gelöst werden
kann, indem unterschiedliche Umformungsprozesse kombiniert werden.
Die Erfindung betrifft daher ein Verfahren zur Herstellung von Profilen
aus einem rotationssymmetrischen Ausgangshohlprofil, wobei das Verfahren zumindest
zwei Umformschritte umfasst. Das Verfahren zeichnet sich dadurch
aus, dass in einem ersten Umformschritt die Größe des Profilumfangs über zumindest
einen Teil der Länge
des Profils geändert wird
und erst in einem anschließenden
Umformschritt die Form des Profilquerschnitts über zumindest denselben Teil
der Länge
des Profils geändert
wird.
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Durch
die Aufteilung der Querschnittsänderung
und der Formänderung
in unterschiedliche Verfahrensschritte, können diese mit den geeigneten Mitteln
bzw. Verfahren ausgeführt
werden und so ein optimales Endprodukt erhalten werden. Da in dem ersten
Umformschritt bei der Änderung
des Profilquerschnitts bzw. des Profilumfangs eine gleichmäßige Umformung über dem
gesamten Profilumfang stattfindet, kann in diesem Schritt ein größerer Umformgrad
erzielt werden, als bei Umformschritten, in denen die Form des Profils
geändert
wird. Es ist somit möglich
in dem ersten Verfahrensschritt eine große Änderung des Profilumfangs zu
erzielen. Das so erhaltene, vorgeformte Profil kann in dem anschließenden Formänderungsschritt
in die gewünschte Form
gebracht werden. In diesem letzteren Schritt ist lediglich die für die Formänderung
notwendige Umformarbeit aufzubringen.
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Vorzugsweise
erfolgt das Ändern
der Größe des Profilumfangs
durch Weiten oder Reduzieren mit Werkzeugen. Durch die Verwendung
von Werkzeugen, wie beispielsweise Dornen ist ein größerer Umformgrad
erzielbar als bei einer werkzeuglosen Umformung. Erfindungsgemäß wird die
Formgebung des Profils erst nach der Einstellung des gewünschten
Profilumfanges durchgeführt.
Daher können
für die
Einstellung des Profilumfanges einfache Werkzeuge verwendet werden.
Bei einem Ausgangsprofil mit kreisrundem Querschnitt wird beispielsweise
ein konischer Dorn zum Weiten eingesetzt.
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Die
Einstellung der Form des Profils bzw. die Änderung der Form des Profilquerschnittes
kann durch mechanische Bearbeitung des vorgeformten Profils und
gegebenenfalls eines Kalibrierschrittes erfolgen. Vorzugsweise wird
die Änderung
der Form des Profilquerschnittes aber durch Hydroformen erzielt.
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Prinzipiell
können
bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
alle bekannten Verfahren zum Weiten mit Wirkmedien eingesetzt werden.
Hierbei wird als Wirkmedium vorzugsweise eine Flüssigkeit verwendet. Beim dieser
Art des Umformens, insbesondere des Innenhochdruckumformens wird
das Ausgangsprofil in ein axial oder radial geteiltes Werkzeug eingelegt
und hydraulisch allseits geschlossen. Ein Stempel kann das Bauteil
abdichten und führt
das Innenwirkmedium für
die Umformung, das beispielsweise Öl oder Wasserwasser sein kann
zu. Durch den Aufbau des Innendrucks wird das Ausgangsprofil an
die Innenkontur des Werkzeugs angeformt. Beim Innenhochdruckumformen
wird somit der Werkstoff des Profils durch hydrostatischen Druck
in Form gepresst. Der Vorteil des Hydroformens, insbesondere des
Innenhochdruckumformens, liegt darin, dass aus einem einfachen Ausgangsquerschnitt
komplexe Profilformen erzeugbar sind.
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Die
zwei Umformschritte, nämlich
die Änderung
des Profilumfanges und die Änderung
der Form des Profilquerschnittes können an unterschiedlichen Teilen
der Länge
des Ausgangsprofils durchgeführt werden.
Erfindungsgemäß ist es
aber vorgesehen, einen Bereich bzw. Teil der Länge des Ausgangsprofils sowohl
der Änderung
des Profilumfanges als auch der Änderung
der Form des Profilquerschnittes zu unterwerfen.
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Erfindungsgemäß kann ein
zusätzlicher
Umformschritt zwischen die bereits genannten Umformschritte geschaltet
werden. Insbesondere kann dieser eine Umformschritt sein, in dem
Kräfte
auf das Profil aufgebracht werden, die bezüglich der Längsachse des Profils asymmetrisch
sind. Solche Umformschritte sind beispielsweise das Biegen des Profils
um eine Achse senkrecht zu der Längsachse
des Profils oder das Verdrehen des Profils. Gemäß einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird bei dem Umformschritt, in dem bezüglich der Längsachse asymmetrische Kräfte aufgebracht werden,
bereits eine Änderung
des Profilquerschnittes vorgenommen. So kann beispielsweise ein
Stauchen bzw. Quetschen des Profils senkrecht zu dessen Längsachse
ausgeführt
werden.
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Zumindest
zwischen zwei Umformschritten wird gemäß einer Ausführungsform
eine Wärmebehandlung
durchgeführt.
Diese bietet sich insbesondere für
Profile an, bei denen eine große Änderung des
Profilumfanges durchgeführt
wurde. Durch die Wärmebehandlung
können
Verfestigungen, beispielsweise durch Versetzungen, aufgehoben werden
und damit eine leichtere Umformung in dem folgenden Umformschritt
gewährleistet
werden.
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Vorteilhafterweise
wird das Verfahren kontinuierlich ausgeführt. Dies bedeutet insbesondere, dass
die einzelnen Umformschritte und gegebenenfalls Wärmebehandlungsschritte
unmittelbar aufeinander folgen. Hierdurch kann aus einem einfachen Ausgangsprofil
in einem einzigen Verfahren eine komplexe Komponente beispielsweise
für den
Automobilbau hergestellt werden. Ein Bereithalten von Ausgangsprofilen
unterschiedlicher Form kann daher entfallen und Lagerkosten können eingespart
werden.
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Erfindungsgemäß stellt
das Ausgangsprofil zur Herstellung des Profils ein rotationssymmetrisches
Profil, vorzugsweise ein Rohr dar.
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Bezüglich der
Herstellungsart des Ausgangsprofils ist das erfindungsgemäße Verfahren nicht
beschränkt.
So kann das Ausgangsprofil ein Strangpressprofil, ein Stranggussprofil,
ein Rollformprofil oder aber ein aus Blech gefertigtes und geschweißtes Profil
sein. Auch die Materialien des Ausgangsprofils können frei gewählt werden.
Das Profil kann beispielsweise aus Metall, einer Metalllegierung,
Kunststoff oder einem Mehrkomponentenstoff bestehen. Durch die Aufteilung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
in mindestens zwei Umformschritte, ist mit all diesen Materialien
die Herstellung eines gewünschten
Endprofils möglich.
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Die
Erfindung wird im Folgenden erneut anhand der beiliegenden Zeichnung
erläutert.
Es zeigen:
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1:
ein unbearbeitetes Ausgangsprofil;
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2: zwei Profile nach einem ersten Umformschritt;
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3: drei Profile nach einem zweiten Umformschritt;
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4: zwei Profile nach einem dritten Umformschritt;
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5:
eine Seitenansicht eines Endprofils nach 4;
und
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6: Schnittansichten entlang der Schnittlinien
in 4.
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In 1 ist
ein Ausgangsprofil 1 gezeigt. Dieses ist in der dargestellten
Ausführungsform
ein sich entlang der Längsachse
L erstreckendes rotationssymmetrisches Profil bzw. Rohr.
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Wird
dieses Ausgangsprofil 1 beispielsweise mit einem Innendorn
(nicht dargestellt) bearbeitet, so kann die in 2a gezeigte
Querschnittsänderung des
Profils herbeigeführt
werden. Hierbei wird ein geweiteter Bereich 2 und ein konisch
verlaufender Übergangsbereich 3 erzeugt.
Durch Reduzieren des geweiteten Bereiches auf einen Querschnitt 5,
der dem Querschnitt des Ausgangsprofils 1 entspricht, kann
ein vorgeformtes Profil in der in 2b gezeigten
Form erhalten werden. Hierbei ist zwischen dem geweiteten Bereich 2 und
dem reduzierten Bereich 5 erneut ein konischer Übergangsbereich 4 gebildet.
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In
einem folgenden Schritt kann das so vorgeformte Profil weiter umgeformt
werden. In 3a ist eine Ausführungsform
gezeigt, bei der der reduzierte Teil 5 des Profils um eine
Achse senkrecht zu der Längsachse
des Ausgangsprofils 1 gebogen ist. Bei der Ausführungsform
in 3b ist der geweitete Bereich 2 von zwei
sich gegenüberliegenden
Seiten parallel zu der Längsachse
des Ausgangsprofils 1 gestaucht. Der geweitete Bereich 2 hat
bei dieser Ausführungsform
einen im Wesentlichen ovalen Querschnitt. Die Ausführungsform,
die in 3c gezeigt ist, wird aus dem
in 2b gezeigten vorgeformten Profil erhalten, indem
der Bereich des unbearbeiteten Ausgangsprofils 1 und der
reduzierte Bereich 5 gegenüber der Längsachse des Ausgangsprofils 1 parallel
verschoben werden. Die Bereiche 1 und 5 des Profils
sind bei dieser Ausführungsform
daher zu der Längsachse
L versetzt.
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In 4 sind schließlich zwei Endprofile gezeigt,
die nach einem Innenhochdruckumformen oder mechanischen Umformen
des vorgeformten Profits gemäß den 3a bis
c, erhalten werden können.
In 4a ist das in 3a gezeigte,
vorgeformte Profil bezüglich
seiner Querschnittsform geändert.
Der ursprünglich
rotationssymmetrische Querschnitt ist durch Innenhochdruckumformen
in einem entsprechenden Werkzeug bzw. einer entsprechenden Matrize
in einen rechteckigen Querschnitt geändert worden. In der dargestellten
Ausführungsform
ist diese Änderung
der Form des Querschnittes über
die gesamte Länge
des Profils durchgeführt worden.
Es ist allerdings auch möglich
lediglich den gebogenen und reduzierten Bereich 5 oder
den geweiteten Bereich 2 in die gewünschte Form, d. h. Rechteckform
zu bringen.
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4b zeigt
ein weiter behandeltes Profil gemäß der 3c. Bei
diesem Profil, bei dem der Bereich 1 des ursprünglichen
Ausgangsprofils und der reduzierte Bereich 5 gegenüber der
Längsachse versetzt
sind, sind diese Bereiche bezüglich
ihrer Form geändert.
Aus dem ursprünglich
rotationssymmetrischen Querschnitt wurde durch Innenhochdruckumformen
ein rechteckiger Querschnitt erzeugt.
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Wie
sich aus 5 ergibt, in der das Profil der 4a in
einer Seitenansicht dargestellt ist, ist der ursprünglich konische Übergangsbereich 4 des Profils während des
Innenhochdruckumformens so bearbeitet worden, dass lediglich an
der Unterseite des Profils ein Übergang
bestehen bleibt. Wie sich aus den 6a und 6b entnehmen
lässt,
in denen die Querschnitte entlang der Schnittlinien A-A und B-B in 4a gezeigt
sind, sind die Querschnittsänderungen
an dem erfindungsgemäß hergestellten
Profil extrem. Zusätzlich
ist die Form des Ausgangsprofils in ein rechteckiges Profil geändert worden.
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Mit
der vorliegenden Erfindung wird es somit möglich, durch Reduzieren oder
Weiten eine große Querschnittsänderung
an einem Ausgangsprofil zu erzeugen. Zudem wird durch das Innenhochdruckumformen
eine größtmögliche Variabilität von Querschnittsformen
des Endprofils bei einfacher Form des Ausgangsprofils, beispielsweise
eines rotationssymmetrischen Ausgangsprofils, gegeben.