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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Herstellung eines Verbundkörpers
sowie einen Verbundkörper.
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Ausgangspunkt
für die
Herstellung von Verbundkörpern,
insbesondere von mehrlagigen Blechstrukturen, ist die Forderung
nach Massereduzierung bei Blechbauteilen bei gleichzeitiger Verbesserung von
Steifigkeit und Festigkeit der besagten Blechbauteile. Mittels mehrlagiger
Blechstrukturen ist es möglich,
Material nur an Stellen einzusetzen, an denen die Beanspruchungen
in einem Bauteil es erfordern.
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Beispielsweise
werden an Fahrzeugkarosserien in stark belasteten Bereichen von
Türschlössern und
Türscharnieren
Verstärkungsbleche
angebracht. Ferner werden Verstärkungsbleche
auch verwendet, um lokal die Steifigkeit an crashrelevanten Bauteilbereichen
der Fahrzeugkarosserie zu erhöhen
oder um akustische Schwingungseigenschaften der Fahrzeugkarosserie
zu beeinflussen.
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Prinzipiell
sind zwei Möglichkeiten
der Montage von Verstärkungsblechen
bekannt. Zum einen wird ein bereits umgeformtes Verstärkungsblech nachträglich an
einem bereits umgeformten Basisblech angebracht. Diese erste Möglichkeit
wird auch als Zusammenbau bezeichnet. Zum anderen ist es mittels
der sogenannten Patchworktechnik möglich, Basisblech und Verstärkungsblech
im Flachzustand vor ihrer Umformung zu fügen, und anschließend das so
hergestellte Verbundteil umzuformen.
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Bei
dem erstgenannten Verfahren des Zusammenbaus werden das Basisblech
und das Verstärkungsblech
jeweils in getrennten Arbeitsgängen umgeformt
und anschließend
zu einem Verbundbauteil gefügt.
Diese Verfahrensweise erfordert zwei Werkzeugsätze, zwei Umformvorgänge und
die Verbindung der umgeformten Bauteile durch einen zusätzlichen
Fügeprozess.
Des Weiteren ist die Einhaltung enger Form- und Lagetoleranzen bei
der Vorbereitung der zu fügenden
Blechteile notwendig, um einen fehlerfreien Fügeprozess zu gewährleisten.
Dies betrifft sowohl bei Schweiß-
als auch bei Klebeverfahren die Sicherstellung definierter Spaltmaße zwischen
den zu fügenden
Flächen.
Durch die elastische Rückfederung
der umgeformten Blechteile sind aufwändige Spanntechniken und hohe
Spannkräfte notwendig,
um diese Forderungen zu erfüllen.
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Durch
die zweitgenannte Patchworktechnik wird die zuvor beschriebene Problematik
der Spaltmaße
beseitigt, da der Umformvorgang der einzelnen Blechteile entfällt. Darüber hinaus
wird der Fügeprozess
erleichtert, da das Fügen
im Flachzustand der beiden Blechteile erfolgt.
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Auf
der anderen Seite wird die Fügestelle
einer Umformung unterzogen und dabei hohen lokalen Belastungen ausgesetzt,
die eine Verminderung der Verbindungsfestigkeit, teilweise bis zum
Versagen der Verbindung, bewirken. Da die Umformkräfte in das
Verstärkungsblech
nur mittelbar über
das Basisblech und über
die Fügeverbindung
zwischen dem Basisblech und dem Verstärkungsblech übertragen werden,
sind Dicke und Festigkeit von gemeinsam mit dem Basisblech umgeformten
Verstärkungsblechen
begrenzt.
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Insbesondere
wird beim Umformvorgang eines in Patchworktechnik hergestellten
Verbundteils das Basisblech durch das Verstärkungsblech am freien Dehnen
gehindert. Der Rand des Verstärkungsbleches
markiert einen Steifigkeitssprung, durch den es in Bereichen des
Basisbleches, die an den Rand des Verstärkungsbleches angrenzen, zu
Einschnürungen
und Rissen bei der gemeinsamen Umformung kommen kann.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und
eine Vorrichtung zur Herstellung eines Verbundkörpers sowie einen Verbundkörper anzugeben,
der kostengünstig
und ohne lokale Defekte hergestellt werden kann.
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Die
vorliegende Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur
Herstellung eines Verbundkörpers
aus zumindest einem Basisblech und zumindest einem Verstärkungsblech,
wobei das Verstärkungsblech
zumindest partiell mit dem Basisblech in Kontakt gebracht wird und
durch Druckbeaufschlagung mittels eines flüssigen oder gasförmigen Umformmediums
zumindest eines der Bleche unter Ausbildung einer gemeinsamen form schlüssigen Verbindung
zumindest zwischen Teilbereichen der beiden Bleche umgeformt wird.
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Zum
einen ist es durch dieses Verfahren möglich, die Kosten zur Herstellung
von umgeformten mehrlagigen Blechstrukturen zu verringern, da das
oder die Verstärkungsbleche
zusammen mit dem Basisblech in einem Verfahrensschritt umgeformt und
gleichzeitig ohne zusätzliche
Bauteile oder Verfahrensschritte formschlüssig gefügt werden können. Gegenüber der Patchworktechnik wird
verhindert, dass es zu Einschnürungen
oder Rissen im Basisblech kommt, da sich während des Umformvorganges Basisblech
und Verstärkungsblech
relativ zueinander bewegen können.
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Vorzugsweise
weist das Basisblech in Richtung einer Längsachse desselben einen geschlossenen
Querschnitt auf, in den das flüssige
oder gasförmige
Umformmedium eingebracht und mit Druck beaufschlagt wird. Durch
diese Art des Innenhochdruckumformens ist eine besonders effiziente
Herstellung des Verbundkörpers
möglich.
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Gemäß einem
weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
werden/wird das Basisblech und/oder das Verstärkungsblech vorgeformt, und
beide Bleche werden miteinander in Anlage gebracht derart, dass während der
anschließenden
Umformung an zumindest einem der Bleche eine Falz ausgebildet wird. Zwar
handelt es sich beim Vorformen um einen zusätzlichen Umformschritt, der
jedoch im Wesentlichen unabhängig
von der Form des Basisbleches erfolgen kann, und durch den das Umformergebnis durch
Ausbildung der Falz während
des gemeinsamen Umformvorgangs positiv beeinflusst wird.
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Vorzugsweise
weist das Verstärkungsblech eine
Kantenfläche
auf, die mit einer Oberfläche
des Basisbleches unter Bildung eines spitzen Winkels in Kontakt
gebracht wird, und beide Bleche werden anschließend unter Ausbildung einer
Falz in einem an die Kantenfläche
angrenzenden Oberflächenrandbereich
des Verstärkungsbleches
umgeformt. Dies ermöglicht
eine besonders effiziente Herstellung des Verbundkörpers.
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Gemäß einem
weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
wird das Basisblech mittels des flüssigen oder gasförmigen Umformmediums
zuerst frei umgeformt, bis am Ende dieser freien Umformung die Oberfläche des
Basisbleches mit der Kantenfläche
des Verstärkungsbleches
in Kontakt gebracht wird.
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Vorzugsweise
wird, nachdem die Oberfläche des
Basisbleches mit der Kantenfläche
des Verstärkungsbleches
in Kontakt gebracht worden ist, das Basisblech mittels des flüssigen oder
gasförmigen Umformmediums
umgeformt oder weiter umgeformt, wobei durch den Kontakt der angrenzende
Oberflächenrandbereich
des Verstärkungsbleches
in Fließrichtung
des Basisbleches eingezogen wird und unter Bildung der Falz umgeknickt
wird.
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Vorzugsweise
wird ein Loch vor oder während
der Umformung in das Verstärkungsblech
eingebracht, in das Material des Basisbleches während der Umformung einfließt. Hierdurch
kann die Qualität der
formschlüssigen
Verbindung weiter verbessert werden.
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Gemäß einem
weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
wird vor der Umformung zwischen dem Basisblech und dem Verstärkungsblech
eine Trennschicht eingebracht. Durch diese Trennschicht ist es möglich, beispielsweise
ein Basisblech aus Aluminium mit einem Verstärkungsblech aus Stahl herzustellen,
ohne dass es zu Korrosion kommt.
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Vorzugsweise
ist die Trennschicht ein Klebstoff, der nach der Umformung ausgehärtet wird. Hierdurch
wird eine feste und korrosionsbeständige Verbindung zwischen dem
Basisblech und dem Verstärkungsblech
hergestellt, ohne dass während
des Umformvorganges die relative Bewegung der beiden Bleche zueinander
beeinträchtigt
wird.
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Weitere
bevorzugte Ausführungsbeispiele des
erfindungsgemäßen Verfahrens
sind in den weiteren abhängigen
Ansprüchen
dargelegt.
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Erfindungsgemäß gelöst wird
die vorgenannte Aufgabe ferner durch eine Vorrichtung zur Herstellung
eines Verbundkörpers
aus zumindest zwei Blechteilen, insbesondere nach einem Verfahren nach
zumindest einem der vorangegangenen Ausführungsbeispiele, aufweisend
eine zumindest zweiteilige Werkzeugkavität mit zumindest einem ersten Aussparungsbereich
zur Aufnahme eines Basisbleches und zumindest einem zweiten Aussparungsbereich
zur Aufnahme eines Verstärkungsbleches.
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Gemäß einem
weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
sind federnd gelagerte Führungsstifte zur
Positionierung des Basisbleches und/oder des Verstärkungsbleches
in der Werk zeugkavität
vorgesehen. Insbesondere in Verbindung mit gelochten Blechen, in
die diese Führungsstifte
eingreifen, ist eine genaue Positionierung der Bleche zueinander möglich.
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Vorzugsweise
ist zumindest ein steuerbarer Stempel zur Positionierung des Basisbleches und/oder
des Verstärkungsbleches
in der Werkzeugkavität
vorgesehen, und der Stempel ist am Ende des Umformvorganges zur
Lochung des Basisbleches ausfahrbar. Sehr häufig werden bei mehrlagigen
Verbundblechen Löcher
zur Ausrichtung und/oder Montage weiterer Bauteile benötigt. Durch
diese bevorzugte Ausführungsform
ist ein nachgelagerter Verfahrensschritt zur Herstellung eines Loches
im Basisblech nicht erforderlich.
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Vorzugsweise
weist der zweite Aussparungsbereich eine Vertiefung auf derart,
dass das Verstärkungsblech
am Ende des Umformvorganges auf dem Basisblech aufsitzt.
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Gemäß einem
weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
weist die Werkzeugkavität
zumindest eine Zufluss- und/oder Abflusseinrichtung zum Zufluss/Abfluss
eines flüssigen
oder gasförmigen
Umformmediums auf.
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Weitere
bevorzugte Ausführungsbeispiele der
erfindungsgemäßen Vorrichtung
sind in den weiteren abhängigen
Ansprüchen
dargelegt.
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Die
vorgenannte Aufgabe wird ferner erfindungsgemäß gelöst durch einen Verbundkörper aus zumindest
zwei Blechteilen, insbesondere hergestellt nach einem Verfahren
nach einem der vorangegangenen Ausführungsbeispiele, bestehend
aus zumindest einem Basisblech und zumindest einem Verstärkungsblech,
wobei das Verstärkungsblech
in einem Randbereich eine Falz aufweist, die sich in formschlüssigem Eingriff
mit einer Einbuchtung in einer Oberfläche des Basisbleches befindet.
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Durch
die Einbuchtung in der Oberfläche
des Basisbleches ist die Falz des Verstärkungsbleches im Wesentlichen
im Basisblech versenkt.
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Vorzugsweise
ist zumindest zwischen Teilbereichen des Basisbleches und des Verstärkungsbleches
eine Trennschicht eingebracht. Unter anderem kann durch diese Trennschicht
Korrosion zwischen dem Basisblech und dem Verstärkungsblech verhindert werden.
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Gemäß einem
weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist diese Trennschicht eine Klebstoffschicht. Neben der durch die
Falz und die Einbuchtung definierten formschlüssigen Verbindung zwischen
dem Basisblech und dem Verstärkungsblech sind
gemäß dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel die
beiden Bleche zusätzlich
stoffschlüssig
miteinander verbunden.
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Vorzugsweise
ist das Basisblech mit dem Verstärkungsblech
verschweißt
oder verlötet.
Durch diese stoffschlüssigen
Verbindungsverfahren lässt sich
eine besonders dauerhafte Verbindung zwischen den beiden Blechen
erzielen, ohne dass es notwendig ist, die beiden Bleche durch aufwändige Spannvorrichtungen
relativ zueinander zu fixieren, da beide Bleche zuvor schon formschlüssig miteinander
verbunden worden sind. Ein gleichmäßiger Schweiß- oder
Lötspalt
wird somit erzielt.
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Gemäß einem
weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist, abgesehen vom Basisblech, mit dem Verstärkungsblech zumindest ein weiteres
Bauteil verbunden. Hierdurch kann der Verbundkörper als Träger für weitere Bauteile, wie beispielsweise
ein Türscharnier
oder ein Türschloss
in einer Fahrzeugkarosserie dienen.
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Weitere
bevorzugte Ausführungsbeispiele des
erfindungsgemäßen Verbundkörpers sind
in den weiteren abhängigen
Ansprüchen
dargelegt.
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Die
vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen
in Verbindung mit den zugehörigen
Figuren näher
erläutert.
In diesen zeigen:
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1a bis
c eine Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispieles einer Verbundkörperherstellung
in einem Anfangszustand (1a), in
einem Zwischenzustand (1b) und in einem Endzustand
(1c), und
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2a und
b eine Schnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispieles der Verbundkörperherstellung
in einem Anfangszustand (2a) und
in einem Endzustand (2b).
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In 1a ist
ein Anfangszustand einer Verbundkörperherstellung gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
gezeigt.
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Ein
Basisblech 1 und ein Verstärkungsblech 2 sind
in eine Werkzeugkavität 6 eingelegt.
Die Werkzeugkavität 6 ist
zumindest zweiteilig und wird durch ein Oberwerkzeug 6a und
ein Unterwerkzeug 6b definiert. Zur besseren Übersichtlichkeit
ist in den 1a bis c das Oberwerkzeug 6a nicht
gezeigt. Dieses Oberwerkzeug 6a weist einen ersten Aussparungsbereich 7 (vgl. 2a und
b) auf, in dem das Basisblech 1 bei geschlossener Werkzeugkavität 6 aufgenommen
ist. Das Unterwerkzeug 6b weist einen zweiten Aussparungsbereich 8 auf,
in dem das Verstärkungsblech 2 aufgenommen
ist.
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In
seiner Ausgangsform ist das Basisblech in 1a im
Wesentlichen eben, während
das Verstärkungsblech 2 im
Wesentlichen U-förmig
vorgebogen ist. Jedoch sind auch beliebige andere Ausgangsformen
denkbar. Auch ist es unter Umständen
denkbar, das Verstärkungsblech 2 nicht
vorzuformen.
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Um
den Materialfluss währen
der Umformung zu begünstigen,
weist der zweite Aussparungsbereich 8 im Unterwerkzeug 6b abgerundete Kanten
auf. Der zweite Aussparungsbereich 8 des Unterwerkzeuges 6b weist
einen horizontalen Bodenabschnitt und dazu rechtwinklig angeordnete oder
leicht nach außen
geneigte Seitenwandabschnitte auf.
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Das
in den zweiten Aussparungsbereich 8 eingelegte, im Wesentlichen
U-förmige
Verstärkungsbleches 2 ist
derart vorgeformt, dass gegenüberliegende
Schenkel 9 des Verstärkungsbleches 2 mit
einem Boden des Verstärkungsbleches 2 jeweils leicht
spitze Winkel einschließen.
In dem in 1a gezeigten Ausführungsbeispiel
sind die beiden Schenkel 9 leicht nach innen vorgebogen,
d. h. in den zweiten Aussparungsbereich 8 hinein. Insgesamt führt das
Vorbiegen des Verstärkungsbleches 2 dazu,
dass eine Kantenfläche 5 des
Verstärkungsbleches 2 mit
einer Oberfläche 4 des
Basisbleches 1 in Fließrichtung
desselben einen stark spitzen Winkel bildet.
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In
der vorliegenden Beschreibung wird davon ausgegangen, dass die Kantenfläche 5 des
Verstärkungsbleches 2 rechtwinklig
zu einer Oberfläche des
Verstärkungsbleches 2 verläuft. Jedoch
kann ein spitzer Winkel zwischen der Oberfläche 4 des Basisbleches 1 und
der Kantenfläche 5 des
Verstärkungsbleches 2 beispielsweise
auch durch eine entsprechend schräg abgekantete Kantenfläche 5 erreicht werden.
Ebenso ist es möglich,
diesen spitzen Winkel durch entsprechende Positionierung des Basisbleches 1 oder
lokale Verfor mung in mit der Kantenfläche 5 in Anlage zu
bringenden Bereichen zu erzielen. Hierbei ist nur zu beachten, dass
die Kantenfläche 5 des
Verstärkungsbleches 2 und
die Oberfläche 4 des
Basisbleches 1 unter Bildung eines spitzen Winkels während der
Umformung zumindest partiell in Anlage bringbar sind.
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In
nicht dargestellten Ausführungsbeispielen sind
federnd gelagerte Führungsstifte
zur Positionierung des Basisbleches 1 und/oder des Verstärkungsbleches 2 in
der Werkzeugkavität 6 vorgesehen.
Diese Führungsstifte
können
beispielsweise aus dem Unterwerkzeug 6b im Ausgangszustand
vorspringen, und durch Schließen
der Werkzeugkavität 6 oder
erst während
des Umformvorganges entgegen ihrer Federvorspannung zurückbewegt
werden. In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn in zumindest einem
der Bleche 1, 2 vor dem Umformvorgang Aussparungen,
beispielsweise Löcher
vorgesehen werden, in die die Führungsstifte
zur Positionierung des besagten Bleches 1, 2 eingreifen.
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Alternativ
oder zusätzlich
ist es ebenso denkbar, zumindest einen steuerbaren Stempel zur Positionierung
des Basisbleches 1 und/oder des Verstärkungsbleches 2 in
der Werkzeugkavität 6 vorzusehen,
wobei der Stempel während
oder am Ende des Umformvorganges ausfahrbar ist. Wenn die Werkzeugkavität 6 zu
Beginn geöffnet
ist, unterstützt
der Stempel im ausgefahrenen Zustand das Einlegen des/der Bleche 1,2 und
wird beim Schließen
der Werkzeugkavität 6 bzw.
zu Beginn des Umformvorganges eingefahren.
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Wird
der Stempel am Ende des Umformvorgangs vor der Öffnung der Werkzeugkavität 6 wieder ausgefahren,
locht der Stempel in vorteilhafter Weise das Basisblech 1.
In einem mehrlagigen Blechteil wird häufig zumindest ein Loch benötigt, um
Bauteile wie z. B. Scharniere oder Schlösser zu befestigen, wobei die
besagten Löcher üblicherweise
in einem nachgelagerten Verfahrensschritt ausgestanzt werden. Durch
die zuvor beschriebene bevorzugte Ausführungsform könnte dieser
nachgelagerte Schritt eingespart werden.
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Gemäß einem
weiteren nicht gezeigten Ausführungsbeispiel
weist die Werkzeugkavität 6 zumindest
eine Zufluss- und/oder Abflusseinrichtung zum Zufluss/Abfluss eines
flüssigen
oder gasförmigen Umformmediums
auf. In bevorzugter Weise wird hierdurch ein Innenhochdruckumformverfahren
realisiert. Obwohl in diesem Zusammenhang in der Beschreibung der
Begriff „Blech" verwendet wird,
umfasst dieser Begriff nicht nur metallische Bleche, sondern beispielsweise
auch plastisch verformbare Kunststoffbahnen mit blechartiger Geo metrie.
Auch versteht es sich von selbst, dass die Verbundkörper auch
aus mehr als zwei Lagen bestehen können, obwohl in den Ausführungsbeispielen
nur zweilagige Verbundkörper
gezeigt sind.
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In
vorteilhafter Weise ist eine Druckbeaufschlagungseinrichtung vorgesehen,
um das flüssige oder
gasförmige
Umformmedium zur Umformung der Bleche 1, 2 mit
Druck zu beaufschlagen. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen
oder mehrere Hochdruckkompressoren handeln, die in Abhängigkeit
der Blechdicke und des Umformgrades Drücke bis zu 3000 bar erzeugen.
Bei dem Umformmedium kann es sich beispielsweise um eine Öl-Wasser-Emulsion handeln.
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Bezüglich des
aus Oberwerkzeug 6a und Unterwerkzeug 6b bestehenden
Werkzeuges, wie es in den 1a bis 2b gezeigt
ist, sei angemerkt, dass vorzugsweise im Bereich des einzulegenden Verstärkungsbleches 2 zusätzliche
Vertiefungen im zweiten Aussparungsbereich 8 vorhanden
sind, die insbesondere ein sicheres Einlegen und Positionieren des
Verstärkungsbleches 2 ermöglichen
und zum anderen eine Beeinflussung der Blechdickenverteilung im
Basisblech 1 verringern oder verhindern. Hierdurch wird
erreicht, dass beim fertig umgeformten Verbundkörper das Verstärkungsblech 2 quasi auf
dem Basisblech 1 aufsitzt, wobei in diesem Bereich die
jeweiligen Oberflächen
des Basisbleches 1 und der Verstärkungsbleches 2 parallel
zueinander versetzt sind.
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Ebenso
kann ein Werkzeug auch keine solche zusätzlichen Vertiefungen aufweisen,
so dass das Verstärkungsblech 2 vom
Basisblech 1 im Wesentlichen umschlossen, d. h. im umgeformten
Bauteil quasi versenkt wird. in diesem Fall liegen die jeweiligen
Oberflächen
des Basisbleches 1 und der Verstärkungsbleches 2 in
einer Ebene. Da sich das nachteilig auf die Blechdickenverteilung
im Basisblech 1 auswirken könnte, sind andere Maßnahmen zum
Positionieren des Verstärkungsbleches 2 im Werkzeug
vorteilhaft, wie z. B. die zuvor beschriebenen Führungsstifte oder Stempel.
Auf der anderen Seite wäre
im Gegensatz zu der Variante mit zusätzlich vertieftem Werkzeug,
bei der das Verstärkungsblech 2 auf
dem Basisblech 1 aufsitzt, im Fall des versenkten Verstärkungsbleches 2 ein
geringerer Einbauraum für
ein derartig verstärktes
Bauteil notwendig.
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Mit
Bezug auf die 1a bis 1c wird
im Folgenden ein Ausführungsbeispiel
eines Verfahrens zur Herstellung eines Verbundkörpers aus dem Basisblech 1 und
zumindest einem Verstärkungsblech 2 beschrieben.
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Zuerst
wird das Verstärkungsblech 2 in
den zweiten Aussparungsbereich 8 der Werkzeugkavität 6 eingelegt.
In Abhängigkeit
von der herzustellenden Bauteilform, bzw. der Form der Werkzeugkavität 6 kann
es erforderlich sein, dass das Verstärkungsblech 2 hierzu
vorgebogen werden muss. Jedoch sind auch Varianten denkbar, bei
denen ein derartiges Vorbiegen des Verstärkungsbleches 2 nicht
erforderlich ist. Zur genaueren Positionierung des Verstärkungsbleches 2 in
der Werkzeugkavität 6 können die
besagten Führungsstifte
oder Stempel verwendet werden, die mit entsprechenden Aussparungen
im Verstärkungsblech 2 in
Eingriff gebracht werden. Alternativ kann das Verstärkungsblech 2 in
die zusätzliche
Vertiefung in der Werkzeugkavität 6 eingelegt werden.
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In
einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel
ist es denkbar, auf einer Oberfläche
des Verstärkungsbleches 2,
die durch den Umformvorgang mit der Oberfläche 4 des Basisbleches 1 in
Anlage gebracht wird, eine Trennschicht aufzubringen. Genauso möglich ist
es aber auch, diese Trennschicht auf den entsprechenden Stellen
des Basisbleches 1 oder auf beiden Blechen 1, 2 aufzubringen.
Bei der Trennschicht kann es sich beispielsweise um eine Kunststofffolie
oder eine Klebstoffschicht, vorzugsweise als Folie oder Bänder, handeln.
Durch Vorsehen einer Trennschicht ist es möglich, Werkstoffkombinationen zu
realisieren, die ohne Trennschicht korrodieren würden, beispielsweise die Kombination
eines Stahlbleches und eines aluminiumlegierten Bleches.
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Vorzugsweise
kann auch ein Lot vor der Umformung zwischen dem Basisblech 1 und
dem Verstärkungsblech 2 eingebracht
werden. Nach der Umformung werden beide Bleche 1, 2 durch
Schmelzen des Lotes miteinander verlötet.
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Nach
dem Verstärkungsblech 2 wird
das Basisblech 1 in die Werkzeugkavität 6 eingelegt. In
dem in 1a dargestellten Ausführungsbeispiel
ist das Basisblech 1 in seiner Ausgangsform eben. Jedoch sind
auch vorgeformte Ausgangsformen und/oder andere Querschnitte der
Bleche 1, 2 möglich.
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Mit
Bezug auf 1b bezeichnet ein Pfeil F eine
Richtung der Umformkraft, wie sie beispielsweise durch das mit Druck
beaufschlagte flüssige
oder gasförmige
Umformmedium erzeugt wird. Die Umformkraft F wirkt direkt auf das
Basisblech 1 und beult dieses in Richtung des zweiten Aussparungsbereiches 8 der
Werkzeugkavität 6 aus.
Hierdurch wird die unten liegende Oberfläche 4 des Basisbleches 1 zumindest
in partielle Anlage mit den spitzwinklig schräg geneigten Kantenflächen 5 des
Verstärkungsbleches 2 gebracht.
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in
dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird
das Basisblech 1 durch die Druckbeaufschlagung somit zuerst
frei umgeformt, bis am Ende dieser freien Umformung die Oberfläche 4 des
Basisbleches 1 mit der Kantenfläche 5 des Verstärkungsbleches 2 in
Kontakt gebracht wird. Jedoch ist es natürlich auch denkbar, das sich
das Verstärkungsblech 2 und
das Basisblech 1 bereits zu Beginn der Umformung, d. h.
wenn das Basisblech 1 in die Werkzeugkavität 6 eingelegt
worden ist, in zumindest partieller Anlage befinden.
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Nachdem
die unten liegende Oberfläche 4 des
Basisbleches 1 in Kontakt mit den spitzwinklig schräg geneigten
Kantenflächen 5 des
Verstärkungsbleches 2 gebracht
worden ist, werden durch die fortschreitenden Umformung des Basisbleches 1 die
Enden der Schenkel 9 des Verstärkungsbleches 2 ein Stück weit
in Fließrichtung
des Basisbleches 1 eingezogen, bis es zum Knicken der Schenkel 9 kommt. Die
Schenkel 9, die an die Kantenfläche 5 angrenzende
Oberflächenrandbereiche
des Verstärkungsbleches 2 bilden,
werden somit durch Einwirkung des Basisbleches 1 in den
zweiten Aussparungsbereich 8 hinein umgeformt.
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Zwischen
den Seitenwandabschnitten der Werkzeugkavität 6 und den entsprechenden
Bereichen des Basisbleches 1 bildet sich im Fortlauf des Umformvorganges
eine Falz 3, die, wie im Endzustand der Umformung in 1c gezeigt,
im Randbereich des Verstärkungsbleches 2 ausgebildet
wird. Im weiteren Umformvorgang, in dem sich das Basisblech 1 gegen
das Verstärkungsblech 2 in
der zweiten Aussparung 8 einformt, bildet sich somit unter den
gefalzten Enden der Schenkel 9 des Verstärkungsbleches 2 über die
gesamte Werkstückbreite ein
Hinterschnitt im Basisblech 1, durch den das Verstärkungsblech 2 formschlüssig mit
dem Basisblech 1 verbunden wird.
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Das
Basisblech 1 ist in Richtung der Umformkraft F maximal
verformt und befindet sich in Anlage mit dem Verstärkungsblech 2 bzw.
der dazwischen liegenden Trennschicht. Im Be reich der Falz 3 hat
sich dabei eine Einbuchtung 10 in der Oberfläche 4 des
Basisbleches 1 in Form einer Hinterschneidung ausgebildet.
Hierdurch wird eine im Wesentlichen durch Formschluss gekennzeichnete
Verbindung zwischen dem Basisblech 1 und dem Verstärkungsblech 2 hergestellt,
wenn der Verbundkörper
seine Endkontur erreicht hat.
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In
vorteilhafter Weise kann diese Verbindung durch Aussparungen wie
z. B. Löcher
im Verstärkungsblech 2 unterstützt werden,
die entweder vor oder während
der Umformung, beispielsweise durch die zuvor beschriebenen steuerbaren
Stempel, erzeugt werden, und in die Material des Basisbleches 1 während der
Umformung einfließt.
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Nachdem
der Verbundkörper
seine Endkontur erreicht hat, wird das flüssige oder gasförmige Umformmedium
aus dem im Verbundkörper
entstandenen Raum entfernt und der Verbundkörper wird aus der Werkzeugkavität 6 entnommen.
Ist zuvor als Trennschicht ein Klebstoff zwischen dem Basisblech 1 und
dem Verstärkungsblech 2 eingebracht
worden, wird dieser nach der Umformung ausgehärtet. Je nach Wahl des Klebstoffes
kann die Aushärtung
beispielsweise durch ein Wärmebehandlungsverfahren erst
ermöglicht
oder unterstützt
werden.
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Alternativ
oder zusätzlich
können
das Basisblech 1 und das Verstärkungsblech 2 anschließend auch
verschweißt
oder verlötet
werden, u. U. durch Schmelzen von zuvor zwischen den beiden Blechen 1, 2 eingebrachtem
Lot. Durch die bestehende formschlüssige Verbindung zwischen den
beiden Blechen 1, 2 erübrigt sich eine aufwändige Positionierung
und Aufspannung der Bleche 1, 2 für den Lot-
oder Schweißvorgang.
Vielmehr ermöglicht
die formschlüssige
Verbindung einen gleichmäßigen Lot- oder
Schweißspalt
zwischen einem außen
liegenden Bereich der Falz 3 und der Oberfläche 4 des
Basisbleches 1 im Bereich der Einbuchtung 10,
in dem das Lot fließt
oder die Schweißnaht
gezogen wird.
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Abgesehen
vom Basisblech 1, mit dem das Verstärkungsblech 2 verbunden
ist, kann das Verstärkungsblech 2 mit
zumindest einem weiteren Bauteil verbunden sein. Somit bildet das
Verstärkungsblech 2 vorteilhafterweise
einen Träger
für Funktionselemente
wie beispielsweise Scharniere oder Schlösser, die bereits vor dem Einlegung
des Verstärkungsbleches 2 auf
diesem montiert werden können,
vorausgesetzt dass entsprechende Aussparungen in der Werkzeugkavität 6 vorgesehen
sind.
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Im
Folgenden werden die 2a und b beschrieben, die eine
Schnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispieles der Verbundkörperherstellung
zeigen. Hierbei wird nur auf Unterschiede zum ersten Ausführungsbeispiel
eingegangen, und sofern nicht anders beschrieben, können einzelne
Merkmale der beiden Ausführungsbeispiele
auch kombiniert werden, bzw. entsprechend ausgetauscht werden.
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In 2a weist
das Basisblech 1 in Richtung einer Längsachse desselben einen geschlossenen Querschnitt
auf, in den das flüssige
oder gasförmige Umformmedium
eingebracht und mit Druck beaufschlagt wird. Beispielsweise hat
das Basisblech 1 eine rohrähnliche Gestalt und ist mit
einem Anschluss zur Zuführung
des flüssigen
oder gasförmigen
Umformmediums versehen.
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Ferner
ist das Verstärkungsblech 2 im
Wesentlichen U-förmig
vorgeformt und weist in seinen Randbereichen bereits eine vorgeformte
Falz 3 auf. Es ist dabei möglich, dass das Verstärkungsblech 2 durch
den anschließenden
Umformvorgang noch weiter verformt wird, beispielsweise um den formschlüssigen Eingriff
zwischen den beiden Blechen 1, 2 zu unterstützen. Hierzu
werden die in 2a gezeigten geraden Schenkel
des Verstärkungsbleches 2 zwischen
der Falz 3 und dem gebogenen Bereich des Verstärkungsbleches 2 durch
das Aufweiten des rohrförmigen
Basisbleches 1 im Wesentlichen bogenförmig verformt, wie dies in 2b gezeigt
ist. Jedoch ist es auch denkbar, dass ein entsprechend vorgeformtes
Verstärkungsblech 2 während des
Umformvorganges durch das Basisblech 1 nicht mehr weiter
verformt wird, so dass das vor dem Einlegen in die Werkzeugkavität 6 vorgeformte
Verstärkungsblech
bereits die Endform des Verstärkungsbleches im
Verbundkörper
besitzt.
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In 2b ist
das zweite Ausführungsbeispiel in
seinem Endzustand gezeigt. Auch hier sorgen die Einbuchtungen 10 in
der Oberfläche 4 des
rohrförmigen
Basisbleches 1 für
den im Wesentlichen formschlüssigen
Eingriff zwischen dem Basisblech 1 und dem Verstärkungsblech 2.
Zusätzlich
unterstützt
wird dieser Eingriff durch die Tatsache, dass der Verbundkörper im
Wesentlichen einen kreisförmigen
Querschnitt hat und ein Kreisbogen des Verstärkungsbleches 2 länger ist,
als die Hälfte
eines Kreisbogens des durch Innenhochdruck aufgeweiteten Basisbleches 1.
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Für das Einbringen
einer Trennschicht, das Verkleben, Verlöten und/oder Verschweißen des
Basisbleches 1 mit dem Verstärkungsblech 2 gilt
das zuvor Gesagte. Insbesondere ist in 2b der
Bereich zwischen der Falz 3 und der Oberfläche 4 des
Basisbleches 1 im Bereich der Einbuchtung 10 als
im Wesentlichen dreiecksförmiger
Bereich ersichtlich, in dem Lot fließen, bzw. eine Schweißnaht gezogen werden
kann.
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Aus
der vorangegangenen Beschreibung ergibt sich der Vorteil, dass das
Verstärkungsblech 2 zusammen
mit dem Basisblech 1 in einem Werkzeug und in einem Arbeitsgang
umgeformt wird. Weitere Bauteile sind nicht erforderlich. Hierdurch
wird der Prozess- und Werkzeugaufwand reduziert und die für möglicherweise
nachgelagerte Prozessschritte erforderlichen engen Toleranzen werden
eingehalten.
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Des
Weiteren können
sich das Basisblech 1 und das Verstärkungsblech 2 während der
Umformung relativ zueinander bewegen, wodurch Spannungsspitzen am
Steifigkeitssprung, d. h. im Randbereich des Verstärkungsbleches 2 verringert
oder vermieden werden. Dadurch ist eine bessere Umformbarkeit des
Bauteils während
seiner Herstellung möglich,
ohne dass es zu Festigkeitsverlusten durch Einschnürungen oder
Risse in Randbereichen des Verstärkungsbleches 2,
bzw. daran angrenzenden Bereichen des Basisbleches 1 kommt.
Es ist daher generell möglich,
eine Verbindung zwischen dem Verstärkungsblech 2 und
dem Basisblech 1 ohne Einsatz weiterer Zusatzelemente zu
realisieren.
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Sollte
für bestimmte
Anwendungen die Verbindungsfestigkeit zwischen dem Verstärkungsblech 2 und
dem Basisblech 1 nicht ausreichen, kann in einem nachgelagerten
Fügeprozess
beispielsweise durch Verlöten
oder Verschweißen
oder auch durch Aushärten
von zuvor eingebrachtem Klebstoff die Verbindung zusätzlich verfestigt
werden. In jedem Fall entfällt
ein aufwändiges
Positionieren und/oder Aufspannen der Werkstücke, da durch die formschlüssige Verbindung
das Basisblech 1 und das Verstärkungsblech 2 bereits
hinreichend zueinander positioniert und miteinander verbunden sind.
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Durch
die vorangegangenen Ausführungsbeispiele
ist unter anderem ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundkörpers aus
zumindest einem Basisblech 1 und zumindest einem Verstärkungsblech 2 beschrieben,
wobei das Verstärkungsblech 2 zumindest
partiell mit dem Basisblech 1 in Anlage gebracht wird,
und anschließend
durch Druckbeaufschlagung mittels eines flüssigen oder gasförmigen Umformmediums
zumindest eines der Bleche 1, 2 unter Ausbildung
einer gemeinsamen formschlüssigen
Verbindung zumindest zwischen Teilbereichen der beiden Bleche 1, 2 umgeformt
wird. Ebenso ist eine Vorrichtung zur Herstellung eines Verbundkörpers sowie
ein Verbundkörper
beschrieben.