DE102007051159A1

DE102007051159A1 - Innendochdruck-umgeformte rohrförmige Elemente und ein Verfahren zum Innenhochdruck-Umformen von rohrförmigen Elementen für Fahrzeuge

Info

Publication number: DE102007051159A1
Application number: DE102007051159A
Authority: DE
Inventors: Charles J. Rochester Hills Bruggemann
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2006-10-30
Filing date: 2007-10-25
Publication date: 2008-06-05
Anticipated expiration: 2027-10-26
Also published as: CN101172292B; CN101172292A; DE102007051159B4; US7337641B1

Abstract

Ein innenhochdruck-umgeformtes rohrförmiges Element und ein Verfahren zum Innenhochdruck-Umformen des innenhochdruck-umgeformten rohrförmigen Elements für ein Fahrzeug umfasst die Schritte, dass ein rohrförmiger Rohling vorgesehen wird und der rohrförmige Rohling in einem Werkzeug positioniert wird. Das Verfahren umfasst auch die Schritte, dass der rohrförmige Rohling in dem Werkzeug zu einem rohrförmigen Element, das eine allgemeine "T"-Form mit einer Seitenwand aufweist, innenhochdruck-umgeformt wird, wobei eine gerade Länge der Seitenwand gegenüber ihrer ursprünglich geweiteten Länge vergrößert ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Fahrzeuge und im Spezielleren ein innenhochdruck-umgeformtes bzw. hydrogeformtes rohrförmiges Element und ein Verfahren zum Innenhochdruck-Umformen eines rohrförmigen Elements für ein Fahrzeug.
Hintergrund der Erfindung
Es ist bekannt, rohrförmige Elemente für Fahrzeuge wie z. B. Kraftfahrzeuge zu bauen. Die rohrförmigen Elemente sind typischerweise aus Aluminium und Magnesium stranggepresst und weisen konstante Wanddicken auf. Allerdings ist gelegentlich ein rohrförmiges Element wünschenswert, das eine erhöhte Steifigkeit aufweist, wobei die Steifigkeit von den Enden des rohrförmigen Elements weg erhöht ist.
Es ist bekannt, rohrförmige Komponenten oder Elemente Innenhochdruck-umzuformen. Innenhochdruck-umgeformte rohrförmige Elemente werden bei strukturellen Anwendungen für Autokarosserien zunehmend beliebter. Während der Fahrzeugkarosserieherstellung werden viele der innenhochdruck-umgeformeten rohrförmigen Elemente bei Anwendungen für Fahrzeugkarosserien und -fahrgestellen verwendet. Allerdings erfordern die Fahrzeugstabilität, -steifigkeit und/oder -aufpralltüchtigkeit oft lokale Bereiche mit einer strukturellen Verstärkung, um ihre Konstruktionsziele zu erreichen.
Es ist ferner bekannt, T-Verbindungen wie z. B. zum Verlöten von Rohrverbindern unter Verwendung von Innenhochdruck-Umformungsverfahren mit axialem Vorschub herzustellen. In diesem Verfahren ist ein Werkzeug derart aufgebaut, dass es zwei gegenüberliegende Enddichtungen und einen Kolben aufweist, der in einer Mitte und rechtwinklig zu dem geraden zylindrischen Hohlraum des Werkzeugs angeordnet ist. Ein gerades rohrförmiges Element wird in dem Werkzeug positioniert. Das Werkzeug wird geschlossen und die Enddichtungen werden in Kontakt mit den Enden des rohrförmigen Elements gebracht. Fluid wird in das rohrförmige Element gefüllt. Das Innenhochdruck-Umformungsverfahren schreitet fort, indem der interne Fluiddruck in dem rohrförmigen Element fortschreitend erhöht wird, während die Enddichtungen aufeinander zu geschoben werden und das rohrförmige Element axial zusammengedrückt wird. Gleichzeitig mit der Bewegung der Enddichtungen aufeinander zu wird der zentrale Kolben, der zu Beginn fluchtend mit der Werkzeughohlraumwand war, fortschreitend zurückgezogen, um zuzulassen, dass sich eine Seitenwand des rohrförmigen Elements in einen Schaft des Kolbens wölbt, um eine „T"-Form der T-Verbindung zu erzeugen. Die resultierende innenhochdruck-umgeformte Wölbung der T-Verbindung wird einen Abschnitt ihrer Seitenwand aufweisen, der gerade ist und eine Länge in Kontakt mit dem Schaft des zentralen Kolbens aufweist. Es gibt jedoch Umstände, unter denen die Anforderungen an die Länge der geraden Seite der innenhochdruck-umgeformten Wölbung der „T"-Verbindung für eine ausreichende Überlappung eines rohrförmigen Befestigungselements ungenügend ist, um einen zuverlässigen Überlappschweißzustand zu schaffen.
Infolgedessen ist es wünschenswert, ein Verfahren zum Vergrößern einer geraden Seitenwand einer Wölbung an einer T-Verbindung vorzusehen. Es ist auch wünschenswert, ein innenhochdruck-umgeformtes „T"-förmiges rohrförmiges Element mit einer genügenden Überlappung für ein rohrförmiges Befestigungselement vorzusehen, um einen zuverlässigen Überlappschweißzustand zu schaffen. Somit besteht in der Technik Bedarf an der Bereitstellung eines neuen innenhochdruck-umgeformten rohrförmigen Elements und einem kostengünstigen Verfahren, das zumindest einem dieser Wünsche gerecht wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Demgemäß ist die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Innenhochdruck-Umformen eines innenhochdruck-umgeformten rohrförmigen Elements für ein Fahrzeug. Das Verfahren umfasst die Schritte, dass ein rohrförmiger Rohling vorgesehen wird und der rohrförmige Rohling in einem Werkzeug positioniert wird. Das Verfahren umfasst auch die Schritte, dass der rohrförmige Rohling in dem Werkzeug zu einem rohrförmigen Element, das eine allgemeine „T"-Form mit einer Seitenwand aufweist, innenhochdruck-umgeformt wird, wobei eine gerade Länge der Seitenwand gegenüber ihrer ursprünglich geweiteten Länge vergrößert ist.
Des Weiteren ist die vorliegende Erfindung ein innenhochdruck-umgeformtes rohrförmiges Element für ein Fahrzeug, das einen ersten Abschnitt, der sich axial erstreckt, und einen zweiten Abschnitt, der sich von dem ersten Abschnitt nach außen erstreckt und allgemein rechtwinklig dazu steht, umfasst. Der zweite Abschnitt weist eine Seitenwand mit einer geraden Länge auf, die gegenüber ihrer ursprünglich geweiteten Länge vergrößert ist.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine fragmentarische Aufrissdarstellung eines innenhochdruck-umgeformten rohrförmigen Elements, hergestellt durch ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zum Innenhochdruck-Umformen eines rohrförmigen Elements.
2 ist eine fragmentarische Aufrissdarstellung einer Vorrichtung zum Innenhochdruck-Umformen des innenhochdruckumgeformten rohrförmigen Elements von 1.
3 ist eine Darstellung ähnlich 2, die einen ersten Schritt eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung zum Innenhochdruck-Umformen des innenhochdruck-umgeformten rohrförmigen Elements von 1 veranschaulicht.
4 ist eine Darstellung ähnlich 2, die einen zweiten Schritt des Verfahrens zum Innenhochdruck-Umformen des innenhochdruck-umgeformten rohrförmigen Elements von 1 veranschaulicht.
5 ist eine Darstellung ähnlich 2, die einen dritten Schritt des Verfahrens zum Innenhochdruck-Umformen des innenhochdruck-umgeformten rohrförmigen Elements von 1 veranschaulicht.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen und insbesondere auf 1 ist eine Ausführungsform eines innenhochdruck-umgeformten rohrförmigen Elements 10 gemäß der vorliegenden Erfindung für ein Fahrzeug (nicht gezeigt) allgemein gezeigt. In der in 1 veranschaulichten Ausführungsform ist das innenhochdruck-umgeformte rohrförmige Element 10 allgemein „T"-förmig. Das innenhochdruck-umgeformte rohrförmige Element 10 ist ein Rohr mit einer allgemein kreisförmigen Querschnittsform. Das innenhochdruck-umgeformte rohrförmige Element 10 weist einen ersten Abschnitt 12 auf, der sich axial erstreckt. Der erste Abschnitt 12 weist eine allgemein bogenförmige Wand 14 auf, die einen geschlossenen Rand bildet. Das innenhochdruck-umgeformte rohrförmige Element 10 weist einen zweiten Abschnitt 16 auf, der sich nach außen und allgemein rechtwinklig zu dem ersten Abschnitt 12 erstreckt. Der zweite Abschnitt 16 ist zentral zwischen den axialen Enden des ersten Abschnitts 12 angeordnet. Der zweite Abschnitt 16 weist eine Wand 18 auf, die einen geschlossenen Rand bildet. Die Wand 18 weist eine Länge (1) auf, die kleiner ist als eine Länge (L) des ursprünglich geweiteten zweiten Abschnitts 16. Der zweite Abschnitt 16 weist eine Stirnwand 20 auf, die das Ende des zweiten Abschnitts 16 schließt. Das innenhochdruck-umgeformte rohrförmige Element 10 ist aus einem Metallmaterial mit guten Dehnungseigenschaften wie z. B. Weichstahl oder Aluminium gebildet. Das innenhochdruck-umgeformte rohrförmige Element 10 wird mit einer/m zu beschreibenden Vorrichtung und Verfahren gebildet. Es sollte einzusehen sein, dass das innenhochdruck-umgeformte rohrförmige Element 10 eine monolithische Struktur ist, die integral, einheitlich und einstückig ist. Es sollte auch einzusehen sein, dass das innenhochdruck-umgeformte rohrförmige Element 10 derart definiert sein kann, dass es einen geschlossenen kreisförmigen Querschnitt aufweist.
Unter Bezugnahme auf 2 ist eine Ausführungsform einer Vorrichtung 22 gemäß der vorliegenden Erfindung zum Innenhochdruck-Umformen des innenhochdruck-umgeformten rohrförmigen Elements 10 gezeigt. Die Vorrichtung 22 umfasst ein Werkzeug, allgemein bei 24 bezeichnet, das aus einer oberen Werkzeughälfte 25a und einer unteren Werkzeughälfte 25b besteht. Das Werkzeug 24 weist einen ersten Hohlraum 26, der sich axial in die Werkzeughälften 25a und 25b erstreckt, und einen zweiten Hohlraum 28 auf, der sich allgemein rechtwinklig in die obere Werkzeughälfte 25a erstreckt. Der zweite Hohlraum 28 steht mit dem ersten Hohlraum 26 in Verbindung. Die Vorrichtung 22 umfasst auch einen bewegbaren Kolben 30, der in dem zweiten Hohlraum 28 angeordnet ist. Der Kolben 30 weist eine allgemein zylindrische Form mit einer allgemein kreisförmigen Querschnittsform auf. Die Vorrichtung 22 umfasst ferner mindestens eine, vorzugsweise ein Paar bewegbare Enddichtungen 32, die in dem ersten Hohlraum 26 angeordnet ist/sind. Jede Enddichtung 32 weist eine allgemein zylindrische Form mit einer allgemein kreisförmigen Querschnittsform auf. Es sollte einzusehen sein, dass der Kolben 30 und die Enddichtungen 32 relativ zu dem Werkzeug 24 bewegbar sind.
Unter Bezugnahme auf 2 ist eine Ausführungsform eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung zum Innenhochdruck-Umformen des innenhochdruck-umgeformten rohrförmigen Elements 10 zur Montage in Autostrukturen (nicht gezeigt) eines Fahrzeugs (nicht gezeigt) gezeigt. Das Verfahren umfasst den Schritt, dass ein rohrförmiges/r Metallelement oder -rohling 34 vorgesehen wird. In dieser Ausführungsform ist der rohrförmige Rohling 34 ein kreisförmiges Rohr, das eine Wand 36 mit einer gleichmäßigen Wanddicke aufweist.
Das Verfahren umfasst auch den Schritt, dass der rohrförmige Rohling 34 in dem ersten Hohlraum 26 des Werkzeugs 24 angeordnet wird und der rohrförmige Rohling 34 in dem ersten Hohlraum 26 zentriert wird, sodass der Kolben 30 allgemein über und zwischen den axialen Enden des rohrförmigen Rohlings 34 zentriert ist.
Das Verfahren umfasst den Schritt, dass die Werkzeughälften 25a und 25b übereinander geschlossen werden, wobei der rohrförmige Rohling 34 fest zwischen den Werkzeughälften 25a und 25b eingeklemmt wird. Das Verfahren umfasst auch den Schritt, dass die axialen Enden des rohrförmigen Rohlings 34 mit den Enddichtungen 32 abgedichtet werden, indem die Enddichtungen 32 in Kontakt mit den axialen Enden des rohrförmigen Rohlings 34 gebracht werden. Das Verfahren umfasst den Schritt, dass ein Hydraulikfluid in ein Inneres des rohrförmigen Rohlings 34 unter Druck eingeleitet wird und das Innere des rohrförmigen Rohlings 34 mit dem Fluid gefüllt wird, wie in 2 veranschaulicht.
Das Verfahren umfasst auch den Schritt, dass der Fluiddruck in dem rohrförmigen Rohling 34 erhöht wird und die Enddichtungen 32 aufeinander zu bewegt werden und der rohrförmige Rohling 34 axial zusammengedrückt wird. Das Verfahren umfasst den Schritt, dass der Kolben 30 von dem ersten Hohlraum 26 weg bewegt wird und zugelassen wird, dass sich die Wand 36 des rohrförmigen Rohlings 34 gegen den Kolben 30 in den zweiten Hohlraum 28 wölbt oder erweitert, wie in 3 veranschaulicht. Es sollte einzusehen sein, dass das Innenhochdruck-Umformungsverfahren fortschreitet, indem der interne Fluiddruck in dem rohrförmigen Rohling 34 fortschreitend erhöht wird, während die Enddichtungen 32 aufeinander zu geschoben werden und der rohrförmige Rohling 34 axial zusammengedrückt wird. Es sollte auch einzusehen sein, dass gleichzeitig mit der Bewegung der Enddichtungen 32 aufeinander zu der Kolben 30, der zu Beginn fluchtend mit einer Wand des ersten Hohlraums 26 war, fortschreitend zurückgezogen wird, um zuzulassen, dass sich das Material der Wand 36 des rohrförmigen Rohlings 34 in den Kolben 30 wölbt oder erweitert.
Das Verfahren umfasst auch den Schritt, dass der Kolben 30 von dem ersten Hohlraum 26 weiter weg bewegt wird und ein gewölbter Abschnitt oder eine Wölbung 38 gebildet wird, um eine „T"-Form zu erzeugen, wie in 4 veranschaulicht. Die Wölbung 38 weist eine Seitenwand 40 mit einem Abschnitt 42 auf, der gerade ist und eine Länge „1" in Kontakt mit der Fläche des zweiten Hohlraums 28 aufweist. Das Verfahren umfasst ferner den Schritt, dass der Druck in dem rohrförmigen Rohling 34 aufrecht erhalten wird, und der Kolben 30 auf den ersten Hohlraum 26 zu bewegt wird. Das Verfahren umfasst den Schritt, dass ein/e Oberseite oder Ende 44 der Wölbung 38 abgeflacht wird und die abgerundeten Schultern 46 der Wölbung 38 dazu gezwungen werden, dass sie einen kleineren Radius aufweisen und zusätzliches Material auf den Seiten der Wölbung 38 in Kontakt mit der Fläche des zweiten Hohlraums 28 bringen, wie in 5 veranschaulicht. Es sollte einzusehen sein, dass dieser Schritt dazu führt, dass eine Höhe des geraden Abschnitts 42 der Seitenwand 40 der Wölbung 38 von einem Wert „1" zu einem Wert „L" vergrößert wird, wie in 1 veranschaulicht. Es sollte ebenfalls einzusehen sein, dass es notwendig sein kann, den Druck in dem rohrförmigen Rohling 34 zu erhöhen, bevor die Bewegung des Kolbens 30 umgekehrt wird, sodass eine Reibung zwischen den Seiten der Wölbung 38 und dem zweiten Hohlraum 28 erhöht wird und ein Verschieben der Seiten der Wölbung 38 nicht stattfindet.
Das Verfahren umfasst auch den Schritt, dass die Werkzeughälften 25a und 25b geöffnet werden, um das Entnehmen des fertigen oder innenhochdruck-umgeformten rohrförmigen Elements 10 aus den Werkzeughälften 25a und 25b zuzulassen. Das innenhochdruck-umgeformte rohrförmige Element 10 kann in eine Fahrzeugkarosserie (nicht gezeigt) oder eine andere gewünschte Fahrzeugkomponente montiert werden. Es sollte einzusehen sein, dass das resultierende innenhochdruck-umgeformte rohrförmige Element 10 die Kontur der Hohlraumabschnitte 26 und 28 des Werkzeugs 24 aufweist. Es sollte ebenfalls einzusehen sein, dass das Verfahren die gerade Länge der Seitenwand 18 von einem Wert „1" zu einem Wert „L" vergrößert.
Die vorliegende Erfindung wurde auf illustrative Weise beschrieben. Es sollte einzusehen sein, dass die verwendete Terminologie durch den Wortlaut bedingt ist und der Beschreibung dienen und keine Einschränkung darstellen soll.
Viele Abwandlungen und Änderungen der vorliegenden Erfindung sind im Licht der oben stehenden Lehre möglich. Daher kann die vorliegende Erfindung innerhalb des Umfangs der beiliegenden Ansprüche anders als speziell beschrieben ausgeführt werden.

Claims

Verfahren zum Innenhochdruck-Umformen eines innenhochdruckumgeformten rohrförmigen Elements für ein Fahrzeug, wobei das Verfahren die Schritte umfasst, dass: ein rohrförmiger Rohling vorgesehen wird; der rohrförmige Rohling in einem Werkzeug positioniert wird; der rohrförmige Rohling in dem Werkzeug zu einem rohrförmigen Element, das eine allgemeine „T"-Form mit einer Seitenwand aufweist, innenhochdruck-umgeformt wird, wobei eine gerade Länge der Seitenwand gegenüber ihrer ursprünglich geweiteten Länge vergrößert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, mit dem Schritt, dass ein Werkzeug vorgesehen wird, das eine erste Werkzeughälfte und eine zweite Werkzeughälfte mit einem ersten Hohlraum zum Aufnehmen des rohrförmigen Rohlings und einem zweiten Hohlraum, der im Wesentlichen rechtwinklig zu dem ersten Hohlraum liegt und mit diesem in Verbindung steht, aufweist.
Verfahren nach Anspruch 2, mit dem Schritt, dass in dem ersten Hohlraum bewegbare Enddichtungen und in dem zweiten Hohlraum ein bewegbarer Kolben angeordnet werden.
Verfahren nach Anspruch 3, mit dem Schritt, dass der rohrförmige Rohling zwischen der ersten Werkzeughälfte und der zweiten Werkzeughälfte angeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, mit dem Schritt, dass die erste Werkzeughälfte und die zweite Werkzeughälfte gemeinsam geschlossen werden.
Verfahren nach Anspruch 5, mit dem Schritt, dass die Enden des rohrförmigen Rohlings mit den Enddichtungen abgedichtet werden.
Verfahren nach Anspruch 6, mit dem Schritt, dass die Enddichtungen aufeinander zu bewegt werden.
Verfahren nach Anspruch 7, mit dem Schritt, dass der Kolben von dem rohrförmigen Rohling weg bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, mit dem Schritt, dass an dem rohrförmigen Rohling eine Wölbung gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, mit dem Schritt, dass der Kolben auf den rohrförmigen Rohling zu bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, mit dem Schritt, dass ein Ende der Wölbung an dem rohrförmigen Rohling abgeflacht wird.
Verfahren zum Herstellen eines innenhochdruck-umgeformten rohrförmigen Elements für ein Fahrzeug, wobei das Verfahren die Schritte umfasst, dass: ein rohrförmiger Rohling vorgesehen wird; ein Werkzeug vorgesehen wird, das eine erste Werkzeughälfte und eine zweite Werkzeughälfte mit einem ersten Hohlraum zum Aufnehmen des rohrförmigen Rohlings und einem zweiten Hohlraum, der allgemein rechtwinklig zu dem ersten Hohlraum liegt und mit diesem in Verbindung steht, aufweist; in dem ersten Hohlraum bewegbare Enddichtungen und in dem zweiten Hohlraum ein bewegbarer Kolben angeordnet werden; der rohrförmige Rohling in dem ersten Hohlraum angeordnet wird; die Enden des rohrförmigen Rohlings mit den Enddichtungen abgedichtet werden; die Enddichtungen gleichzeitig aufeinander zu bewegt werden und der Kolben von dem rohrförmigen Rohling weg bewegt wird; an dem rohrförmigen Rohling eine Wölbung gebildet wird; und der Kolben auf den rohrförmigen Rohling zu bewegt wird, ein Ende der Wölbung an dem rohrförmigen Rohling abgeflacht wird und eine gerade Länge einer Seitenwand der Wölbung gegenüber ihrer ursprünglich geweiteten Länge vergrößert wird, um ein Innenhochdruck-umgeformtes rohrförmiges Element mit einer allgemeinen „T"-Form zu bilden.
Innenhochdruck-umgeformtes rohrförmiges Element für ein Fahrzeug, umfassend: einen ersten Abschnitt, der sich axial erstreckt; einen zweiten Abschnitt, der sich von dem ersten Abschnitt nach außen erstreckt und allgemein rechtwinklig dazu steht; und wobei der zweite Abschnitt eine Seitenwand mit einer geraden Länge aufweist, die gegenüber ihrer ursprünglich geweiteten Länge vergrößert ist.
Innenhochdruck-umgeformtes rohrförmiges Element nach Anspruch 13, wobei der zweite Abschnitt zentral zwischen axialen Enden des ersten Abschnittes angeordnet ist.
Innenhochdruck-umgeformtes rohrförmiges Element nach Anspruch 13, wobei der erste Abschnitt eine allgemein kreisförmige Querschnittsform aufweist.
Innenhochdruck-umgeformtes rohrförmiges Element nach Anspruch 13, wobei der zweite Abschnitt eine allgemein kreisförmige Querschnittsform aufweist.
Innenhochdruck-umgeformtes rohrförmiges Element nach Anspruch 13, wobei der erste Abschnitt offene axiale Enden aufweist.
Innenhochdruck-umgeformtes rohrförmiges Element nach Anspruch 13, wobei der zweite Abschnitt ein geschlossenes Ende aufweist.
Innenhochdruck-umgeformtes rohrförmiges Element nach Anspruch 18, wobei das geschlossene Ende allgemein eben ist.
Innenhochdruck-umgeformtes rohrförmiges Element nach Anspruch 18, wobei der zweite Abschnitt bogenförmige Ecken zwischen dem geschlossenen Ende und der Seitenwand aufweist.