DE102008016224A1

DE102008016224A1 - Profilteil für Kraftfahrzeugkarosserie mit variabler Profilbreite

Info

Publication number: DE102008016224A1
Application number: DE102008016224A
Authority: DE
Inventors: Peter WIKSTRÖM; Andreas Gutermuth; Ralf Reichmann
Original assignee: Linde and Wiemann SE and Co KG
Current assignee: Linde and Wiemann SE and Co KG
Priority date: 2008-03-27
Filing date: 2008-03-27
Publication date: 2009-10-08
Anticipated expiration: 2028-03-28
Also published as: DE102008016224B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Profilteil für eine Kraftfahrzeugkarosserie sowie ein entsprechendes Herstellungsverfahren, wobei das Profilteil in Profillängsrichtung verlaufende und in Profilquerrichtung voneinander beabstandete Randabschnitte (12, 14) aufweist, die über ein Mittelteil (16) miteinander verbunden sind und wobei zur Veränderung des lateralen Abstandes der Randabschnitte (12, 14) zueinander im Bereich des Mittelteils (16) zumindest eine Vertiefung oder Prägung (18) eingebracht wird (Figur 3).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Profilteil für eine Kraftfahrzeugkarosserie sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Profilteils, welches beispielsweise als A- oder B-Säulenverstärkung in einer Kraftfahrzeugkarosserie vorgesehen ist.
Stand der Technik
Vorgefertigte Profilteile finden zunehmend Verwendung in der Automobilindustrie, insbesondere zur Fertigung von Kraftfahrzeugkarosserien oder Karosserieteilen und -Abschnitten. Mechanische Belastungen aufnehmende bzw. ableitende Profilteile müssen den, insbesondere im Crashfall auftretenden mechanischen Spitzenbelastungen hinreichend standhalten oder ein für den Crashfall vorgesehenes Umformverhalten zeigen. An solche Profilbauteile werden daher besondere Erfordernisse an Umformfestigkeit und Drehsteifigkeit gestellt.
Die zur gezielten bzw. lokalen Verstärkung einer Kraftfahrzeugkarosserie vorgesehenen Profilteile sollen die geforderte mechanische Festigkeit und Struktursteifigkeit sowie ein möglichst geringes Gewicht aufweisen. Zudem sollen derartige Profilteile für die industrielle Massenfertigung geeignet sein.
Zur Erzielung einer geforderten Struktursteifigkeit bzw. mechanischen Strukturfestigkeit sind die im Stand der Technik bekannten Profilteile zumindest abschnittsweise als Hohlprofil ausgebildet. Derartige Hohlprofilabschnitte, die beispielsweise durch Rollformen und ein anschließendes optionales Verschweißen gebildet werden können, stellen inhärent eine gewisse Festigkeit gegenüber Umformkräften zur Verfügung.
Nachteilig bei solchen zumindest abschnittsweise mit einem Hohlprofil oder dergleichen in Profillängsrichtung verlaufenden Umformungen versehenen Profilteilen ist es, dass derartige Profile nur bedingt an im Kraftfahrzeug vorherrschende bzw. durch die Geometrie der Karosserie vorgegebene Einbaubedingungen angepasst werden können.
So ist es nach dem Stand der Technik kaum, zumindest aber nicht mit vertretbarem Aufwand möglich, nach Einbringen eines strukturversteifenden Abschnitts in ein Profilteil dessen Profilbreite gezielt an vorgegebene Einbaumaße im Kraftfahrzeug anzupassen. So ist zum einen die grundlegende Verformbarkeit des Profilteils durch den bereits eingebrachten strukturversteifenden Abschnitt, wie etwa durch einen in Profillängsrichtung verlaufenden Hohlprofilabschnitt generell erschwert. Zum anderen würde eine herkömmliche Technik zur Veränderung der lateralen Ausdehnung des Profilteils nach bereits erfolgtem Einbringen randseitiger strukturversteifender Abschnitte wiederum negative Auswirkungen auf die von den strukturversteiften Abschnitten zur Verfügung gestellte Steifigkeit haben. Insbesondere bestünde hierbei zu befürchten, dass die Profilabschnitte selbst einer ungewollten Verformung unterliegen.
Würde man beispielsweise ein Profilteil mit zwei randseitig in Profillängsrichtung verlaufenden Hohlprofilabschnitten versehen und wollte man nachträglich, etwa durch seitliches Stauchen oder Abtragen von Material die Profilbreite lokal verändern, so hätte dies unmittelbare Auswirkungen auf die Geometrie der strukturversteifenden Hohlprofilabschnitte, sodass im Endeffekt die mit den Hohlprofilabschnitten bezweckte Wirkung einer erhöhten Struktursteifigkeit nicht hinreichend gewährleistet werden kann.
Aufgabe
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Profilteil für eine Kraftfahrzeugkarosserie zur Verfügung zu stellen, welches universell und einfach hinsichtlich seiner Profilbreite an vorgegebene geometrische Abmessungen in einfacher Art und Weise anpassbar ist. Dabei soll die lokale Anpassung der Profilteilbreite nahezu ohne nennenswerte Veränderung oder Verringerung der Profilteilfestigkeit, Struktursteifigkeit und Drehsteifigkeit einhergehen. Weiterhin ist ein zur Herstellung solcher Profilteile geeignetes Verfahren sowie ein dafür vorgesehenes Umformwerkzeig im Rahmen der Erfindung.
Erfindung und vorteilhafte Wirkungen
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird mit Hilfe eines Profilteils gemäß Patentanspruch 1 sowie mit einem Verfahren zur Herstellung eines solchen Profilteils gemäß Patentanspruch 14 und einem Umformwerkzeug gemäß Patentanspruch 22 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
Das erfindungsgemäße Profilteil ist zur Verstärkung oder Einbettung in die Karosserie eines Kraftfahrzeuges vorgesehen und weist an seinen in Profillängsrichtung verlaufenden Seitenrändern in Profilquerrichtung voneinander beabstandete Randabschnitte auf. Zwischen diesen Randabschnitten befindet sich ein Mittelteil des Profilteils, über welches die lateral, das heißt im Wesentlichen senkrecht zur Profillängserstreckung voneinander beabstandeten Randabschnitte miteinander verbunden sind.
Zur Veränderung bzw. Anpassung des lateralen Abstandes der Randabschnitte des Profilteils zueinander ist nach der Erfindung vorgesehen, im Bereich des Mittelteils, also in dem Bereich des Profilteils, der sich zwischen den in Profillängsrichtung verlaufenden Randabschnitten befindet, zumindest eine Verformung, eine Prägung oder eine Vertiefung vorzusehen. Diese Prägung bzw. Vertiefung erstreckt sich dabei aus der Ebene des Mittelteils heraus und bewirkt eine Verkürzung der Lateralerstreckung des Mittelteils und somit auch eine Verringerung der Breite des gesamten Profilteils zumindest im Bereich der in den Mittelteil eingebrachten Verformung.
Dabei ist insbesondere vorgesehen, die zumindest eine, wenn nicht gar mehrere Verformungen, Prägungen oder Vertiefungen in Profillängsrichtung vereinzelnd, punktuell und/oder graduell vorzusehen, sodass das Profilteil in Längsrichtung lokale Bereiche mit gegenüber übrigen Profilabschnitten veränderter, insbesondere vergrößerter oder verringerter Profilbreite aufweist.
Durch gezieltes, graduelles bzw. punktuelles Vorsehen einer Prägung oder Vertiefung außerhalb der seitlichen Randabschnitte des Profilteils können Profilteile mit in Längsrichtung veränderlichen Querschnittsprofilen in einfacher Art und Weise zur Verfügung gestellt werden, ohne dass hierdurch die Funktionalität etwaiger strukturversteifter und entsprechend umgeformter Randabschnitte beeinträchtigt wäre.
Zudem verleiht das Einbringen der Prägung oder Vertiefung in das Mittelteil dem gesamten Profilteil eine erhöhte Festigkeit und Struktursteifigkeit gegenüber etwaigen deformierenden Kräften. Insoweit können weitere, insbesondere in den Randabschnitten vorgesehene, die Struktursteifigkeit erhöhende Maßnahmen und Mittel den späteren Einbauanforderungen im Kraftfahrzeug entsprechend angepasst werden, was sich mitunter vorteilhaft hinsichtlich einer Gewichtsreduzierung des Profilteils auswirken kann.
Es ist ferner vorgesehen, dass das Profilteil an seinen lateralen Randabschnitten im Wesentlichen geschlossene Randprofile oder Randprofilbereiche aufweist. Insbesondere solche, nach Art eines Hohlprofils ausgebildete Randbereiche verleihen dem Profilteil zwar eine geforderte Struktursteifigkeit, sie sind aber für nachfolgende Formgebungsprozesse eher hinderlich. Durch gezieltes und lokales Einbringen einer Verformung im Mittelteil des Profilteils, d. h. außerhalb der randseitigen Hohlprofilabschnitte kann jedoch in äußerst wirksamer und effizienter Art und Weise eine Formgebung, so etwa eine Taillierung des Profilstücks erfolgen, welche auch die seitlichen Hohlprofilabschnitte umfasst, ohne dass sich deren Querschnittsprofil oder deren strukturversteifende Eigenschaften wesentlich ändern.
Nach einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die im Mittelteil einzubringende Verformung, Prägung oder Vertiefung zumindest eine Richtungs- oder Ortskomponente parallel zur Flächennormale des Mittelteils auf. Die Prägung oder Vertiefung kann sich dabei im Wesentlichen senkrecht zur Ebene des Mittelteils, aber auch schräg zu deren Mittelsenkrechten aus der Ebene des Mittelteils abheben. Die Prägung kann dabei im Querschnitt V-förmig, U-förmig oder mit einem vergleichbaren Profilverlauf ausgebildet sein. Die konkrete Ausgestaltung der Verformung, Prägung oder Vertiefung ist dabei nahezu beliebig. Durch deren Erstreckung außerhalb der im Wesentlichen planaren Ebene des Mittelteils soll nach der Erfindung eine Verkürzung der Lateralerstreckung des Mittelteils und einer damit einhergehende Verringerung der gesamten Profilbreite erreicht werden.
Das Mittelteil sowie die beiden sich daran unmittelbar anschließenden Randabschnitte sind vorzugsweise einstückig ausgebildet. Sowohl die Randabschnitte als auch das Mittelteil sind integrale Bestandteile eines Ausgangswerkstücks, aus welchem das erfindungsgemäße Profilteil formbar ist. Als Ausgangswerkstück ist vorzugsweise ein im Wesentlichen rechteckiger Metallblech-, insbesondere Stahlblechzuschnitt vorgesehen.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Tiefe der Verformung, der Prägung bzw. die Erstreckung der in das Mittelteil einzubringenden Vertiefung unterschiedlich entlang der Profillängsrichtung ausgebildet. Durch diese in Profillängsrichtung ungleichmäßig ausgestaltete Prägung bzw. Vertiefung können Profilteile mit in Profillängsrichtung unterschiedlichen Profilbreiten erzeugt werden, die den beengten Bauraumverhältnissen und vorgegebenen Geometrieanforderungen derartiger Profilteile im Kraftfahrzeugkarosseriebau Rechnung tragen und somit hinsichtlich ihrer Formgebung nahezu an beliebig vorgegebene Außenkonturen anpassbar sind.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass sich die Prägetiefe der Prägung bzw. die entsprechende Tiefe der Vertiefung im Mittelteil des Profilteils kontinuierlich bzw. stetig in Profillängsrichtung ändert. Die Prägetiefe kann sich dabei beliebig in Profillängsrichtung ändern. So ist beispielsweise vorgesehen, dass die im Mittelteil einzubringende Prägung erst in einem Abstand x vom Längsende des Profilteils entfernt beginnt und dann über eine Wegstrecke von x bis x + a von einer Prägetiefe 0 an der Position x stetig oder linear zu einer Prägetiefe b bei x + a vergrößert.
Durch die in Längsrichtung des Profilteils sich kontinuierlich bzw. stetig ändernde Prägetiefe der Prägung kann ein nahezu spannungsfreies Profilteil zur Verfügung gestellt werden. Dabei können durch die stetige bzw. kontinuierlich ansteigende oder abnehmende Prägetiefe in Profillängsrichtung vor allem möglichst weiche Außenkonturen des Profilteils erzeugt werden. Von diesen können wiederum die im Belastungsfall auftretenden Spitzenbeanspruchungen besser aufgenommen und abgeleitet werden als diese bei scharfkantigen oder spitz zulaufenden Außengeometrien von Verstärkungsteilen der Fall ist.
Weiterhin ist vorgesehen, dass die in den Mittelteil einzubringende Tiefe der Prägung bzw. der Vertiefung in Profillängsrichtung jeweils abschnittsweise einer den späteren Bauraumbedingungen geforderten lateralen Breite des Profilteils angepasst ist. Bei einer idealisierten Betrachtungsweise verkürzt sich der Abstand lateral gegenüberliegender Randabschnitte des Profilteils zumindest um den zweifachen Betrag der Prägetiefe der in den Mittelteil einzubringenden Prägung bzw. Vertiefung.
Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die zumindest abschnittsweise in das Mittelteil einzubringende oder dort vorgesehene Prägung bzw. Vertiefung zur Verringerung der lateralen Profilteilbreite vorgesehen. Das im Wesentlichen flächenartig ausgebildete Ausgangswerkstück oder ein bereits bearbeitetes, im Bereich der Randabschnitte mit einer Strukturversteifung versehene Zwischenwerkstück weist vor dem Einbringen einer im Mittelteil vorzusehenden Prägung durchgehend in Längsrichtung die maximale Breite des zu erzeugenden Profilteils auf. Durch abschnittsweises lokales Einbringen der Prägung oder Vertiefung in das Mittelteil können schließlich einzelne Längenabschnitte mit verringerter lateraler Breite in einfacher Art und Weise erzeugt und hergestellt werden.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann jedoch auch vorgesehen werden, eine Prägung oder Vertiefung über die gesamte Profillängserstreckung im Mittelteil vorzusehen. Auf diese Art und Weise ist die gesamte Breite des Profilteils entsprechend der Prägetiefe und/oder Querschnittsgeometrie der Prägung verringert. Zur partiellen, lokalen oder punktuellen Vergrößerung bzw. Verbreiterung der Profilteile an einzelnen Abschnitten des Profilteils kann durch eine lokale und gezielte kontrollierte Verringerung der Prägetiefe der im Mittelteil vorgesehenen Prägung auch eine lokale Verbreiterung der lateralen Erstreckung des Profilteils erzeugt werden. Die Erfindung eignet sich somit gleichermaßen sowohl zur lokalen Verringerung als auch zur lokalen Vergrößerung der lateralen Erstreckung eines Profilteils.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass zumindest einer der Randabschnitte strukturversteift ausgebildet ist. So ist der strukturversteifte Randabschnitt beispielsweise unter Bildung eines Hohlprofils mit seinem Seitenrand nach innen, zum Mittelteil hin, umgeformt. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass der umgeformte Seitenrand des Randabschnittes mit dem Mittelteil verbunden, insbesondere verschweißt ist. Auf diese Art und Weise wird ein geschlossenes Hohlprofil mit einem sich in Längsrichtung kontinuierlich erstreckenden Randabschnitt des Profilteils geschaffen.
Bevorzugt sind beide seitlichen oder lateralen Randabschnitte mit einem entsprechenden, im Wesentlichen geschlossenen hohlprofilartig ausgebildeten Randprofil versehen. Folglich sind die seitlichen Ränder des Profilteils zum Mittelteil hin umgeformt oder umgebogen. Dadurch, dass beide Seitenränder nach Art eines Hohlprofils ausgebildet sind, kann die Struktursteifigkeit des Bauteils gegenüber der Ausbildung mit nur einem hohlprofilartig ausgebildeten Randabschnitt weiter erhöht werden.
Weiterhin ist vorgesehen, dass beide gegenüberliegenden, jeweils ein Randprofil aufweisende Randabschnitte mit ihren umgeformten lateralen Enden an dieselbe Seite des Mittelteils angrenzen. In diesem Stoßbereich ist insbesondere vorgesehen, die zuvor seitlichen Enden des Profilteils mit dem Mittelteil zur Bildung eines geschlossenen Hohlprofils zu verbinden, insbesondere zu verschweißen. Hierfür kommen insbesondere Laserschweißverfahren infrage.
Dadurch, dass beide Randprofile mit ihren umgeformten lateralen Enden an dieselbe Seite des Mittelteils angrenzen oder mit dieser fest verbunden sind, kann ein Profilteil geschaffen werden, welches eine mit Hohlprofilen versehene Seite und eine gegenüberliegende, im Wesentlichen eben ausgebildete Seite aufweist. Die mit den randseitigen Profilen versehene Seite kann bevorzugt von etwa weiteren Karosserie- oder anderen Zubehörteilen des Kraftfahrzeugs verdeckt an der Kraftfahrzeugkarosserie angeordnet werden, sodass für den Anwender oder Betrachter der das Profilteil aufweisenden Kraftfahrzeugkarosserie die der Struktursteifigkeit dienenden Hohlprofilabschnitte nicht sichtbar sind.
Das erfindungsgemäße Einbringen einer Prägung oder Vertiefung im sich an den Randabschnitt angrenzenden Mittelteil des Profilteils hat den Vorteil, dass eine Verringerung bzw. Vergrößerung der Lateralerstreckung des Profilteils ohne eine wesentliche Deformation des Hohlprofilabschnittes des Randabschnitts einhergehen kann, sodass das Profilteil auch nach Einbringen der Prägung bzw. Vertiefung in seinem Mittelteil die durch das randseitige Hohlprofil zur Verfügung gestellte Struktursteifigkeit und -Festigkeit unvermindert aufweisen kann.
Weiterhin ist im Rahmen der Erfindung vorgesehen, dass zum Umformen des zumindest einen Randabschnitts zur Bildung eines Hohlprofils, zum Einbringen der Prägung oder Vertiefung in den Mittelteil des Profilteils und/oder zum Verringern der Prägetiefe einer bereits in den Mittelteil eingearbeiteten Verprägung zumindest ein Rollformen oder ein entsprechender Rollformprozess vorgesehen ist. Dieser Rollformprozess hat den Vorteil, dass das zu bearbeitende Material, wie etwa Stahlblech, nur geringfügigen materialinhärenten Spannungen beim Verformen ausgesetzt ist, und dass nach erfolgtem Rollformen nur vernachlässigbar geringe Spannungen im bearbeiteten Werkstück vorhanden sind. Dies wirkt sich vorteilhaft sowohl auf die Struktursteifigkeit als auch auf Lebensdauer des auf diese Art und Weise erzeugten Profilteils aus. Zudem kann das Rollformen mit oder ohne Erwärmung des zu formenden Profilteils erfolgen. Darüber hinaus ermöglicht das Rollformen eine kostenminimierte Fertigung derartiger Profilteile, insbesondere in der industriellen Massenfertigung.
Nach einem weiteren unabhängigen Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Profilteils einer Kraftfahrzeugkarosserie aus einem länglichen Metallblech oder Metallblechzuschnitt mit im Wesentlichen parallel zueinander und im Wesentlichen geradlinig in Längsrichtung verlaufenden Randabschnitten. Zur in Längsrichtung lokalen Veränderung der Bauteilbreite wird dabei in einem seitliche Randabschnitte miteinander verbindenden Mittelteil des Metallblechs zumindest eine Prägung oder Vertiefung eingebracht. Die damit einhergehende Verformung des Mittelteils bewirkt eine Veränderung der Lateralerstreckung des Mittelteils und somit eine gezielte, lokale Anpassung der Profilteilbreite an vorgegebene Geometrien und Einbaumaße im Kraftfahrzeug.
Dabei ist insbesondere vorgehen, die im Mittelteil einzubringende Vertiefung oder Prägung mittels Rollformen einzubringen. Das Maß der Prägetiefe oder der Vertiefung ist dabei vorzugsweise in Längsrichtung lokal an die jeweils geforderte Profilbreite angepasst.
Nach einer Weiterbildung ist insbesondere vorgesehen, dass vor einem Einbringen der im Mittelteil vorgesehenen Prägung oder Vertiefung zumindest eine der Randabschnitte des Metallblechzuschnittes zur Bildung eines Hohlprofils mittels Rollformen umgeformt wird. Dabei ist insbesondere vorgesehen, ein geschlossenes Hohlprofil zu schaffen, wobei der ehemalige Seitenrand des Blechzuschnitts mit dem Mittelteil fest verbunden wird. Diese Verbindungsstelle markiert zugleich die gedachte Schnittstelle zwischen Mittelteil und Randabschnitt des späteren Profilteils.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass in dem Mittelteil eine in Längsrichtung im Wesentlichen durchgehende kontinuierlich verlaufende Vertiefung in einem ersten Schritt eingebracht wird und in einem daran anschließenden zweiten Schritt durch lokale Verringerung der Prägetiefe das Profilteil einer vorgegebenen Geometrie entsprechend lokal verbreitert wird. Dabei ist insbesondere vorgesehen, die zuvor eingearbeitete Prägung oder Vertiefung zumindest bereichsweise abzuplatten bzw. mit geeigneten Mitteln ihre Tiefe zu verringern.
Nach einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die in den Mittelteil des Profilteils einzuarbeitende Umformung, Prägung oder Vertiefung mittels eines Warmumformprozesses einbringbar ist. Hierzu ist herstellungstechnisch ein Warmumformwerkzeug vorgesehen, welches ein zuvor auf eine Umformtemperatur erwärmtes oder aufgeheiztes Profilteil im Mittelteil zwischen den Randabschnitten gezielt umformt.
Als Material für das Profilteil kommt insbesondere borlegierter Stahl zum Einsatz, welcher im Zuge des Warmumformprozesses auf eine Austenittemperatur, etwa im Bereich zwischen 900°C und 950°C aufgeheizt wird und unmittelbar nach Einbringen der Verformung oder Prägung unter Verwendung eines Kühlmittels abgeschreckt wird. Als Abschreck- oder Kühlmedien können Wasser, Eiswasser, Öl, Salzbad, wässrige Polymerlösungen sowie Luft oder Gase dienen. Im Bereich der Umformtemperatur ist das umzuformende Profilteil bereits unter Aufwendung verhältnismäßig geringer Umformkräfte vielfältig und verhältnismäßig flexibel verformbar.
Die strukturversteifende, einer Verformung entgegenwirkende Eigenschaft der seitlichen Hohlprofilabschnitte können im Bereich der Umformtemperatur gezielt verringert werden, was die Verformung im Bereich das Mittelteils erheblich vereinfacht, denn die Verformung bei der Umformtemperatur, wie etwa einer Austenittemperatur bei Stahl führt, einen geeigneten anschließenden Abschreckprozess vorausgesetzt, zu geringen und damit vorteilhaften inhärenten Spannungen im Material und dem daraus gefertigten Profilteil.
Nach einem weiteren unabhängigen Aspekt betrifft die Erfindung ein Umformwerkzeug, insbesondere ein Warmumformwerkzeug zur Verformung eines Profilteils, welches zwei in Profillängsrichtung verlaufende und lateral, in Profilquerrichtung voneinander beabstandete sowie umgeformte, nach Art eines Randprofils ausgebildete Randabschnitte aufweist. Das Warmumformwerkzeug weist zumindest einen erstes und ein zweites Werkzeugteil auf, die zumindest in eine Schließ- und eine Öffnungsstellung überführbar sind. Die beiden Werkzeugteile sind relativ zueinander beweglich ausgestaltet, sodass in deren Öffnungsstellung ein zu verformendes Profilteil zwischen die Werkzeugteile eingelegt und infolge einer Schließbewegung, spätestens bei Erreichen der Schließstellung der Werkzeugteile, eine vorgesehene Umformung, insbesondere in einem Mittelteil, zwischen den beiden randseitigen Profilen erfährt.
Das Warmumformwerkzeug ist zur Umformung, insbesondere zur lokalen Umformung des zwischen den lateralen Randabschnitten liegenden Mittelteils vorgesehen. Für die randseitigen Profilabschnitte des zu verformenden Werkstücks oder Halbzeugs sind an zumindest einem der Werkzeugteile Aufnahmen für die Randprofile des Profilteils vorgesehen. Ferner weisen beide Werkzeugteile zumindest in einem zwischen den Aufnahmen zu liegen kommenden Abschnitt Umformflächen zur gezielten Verformung oder Prägung des die Randabschnitte des Profilteils miteinander verbindenden Mittelteils auf. Nach der Erfindung ist ferner vorgesehen, dass zumindest eine der Umformflächen einen in Profilrichtung verlaufenden Kanal für ein Kühlmittel aufweist.
Dieser Kanal bzw. das Werkzeugteil und die zugehörige Umformfläche sind derart ausgestaltet und ausgebildet, dass in Schließstellung des Werkzeugs der Kühlmittelkanal unmittelbar an den zu verformenden Mittelteil des Profilteils angrenzt.
Der mit Kühlmittel beaufschlagbare Kanal zumindest eines Werkzeugteils ist zum in das Warmumformwerkzeug einzulegenden Profilteil hin offen ausgestaltet, sodass bei Einleitung des Kühlmittels in den Kanal dieses unmittelbar mit dem zu kühlenden Werkstück oder Halbzeug in Kontakt gelangt. Durch diese unmittelbare Beaufschlagung des zu verformenden Werkstücks mit einem Kühlmittel kann eine besonders schnelle und effiziente Kühlung, insbesondere Abschreckung des zuvor auf eine Umformtemperatur erwärmten Profilteils erreicht werden.
Bevorzugt ist der Kühlmittelkanal als eine zum Profilteil hin offene Vertiefung am ersten Werkzeugteil ausgebildet. Der Kanal kann in einer besonders einfachen Ausgestaltung einen rechteckigen oder U-förmigen Querschnitt aufweisen. Sobald das Halbzeug oder das umzuformende Profilteil in das Warmumformwerkzeug eingelegt, und insbesondere auf das vorzugsweise unten zu liegen kommende erste Werkzeugteil aufgelegt wird, bilden der Mittelteil des Profilteils und der nach einer Richtung hin offene Kühlmittelkanal ein geschlossenes Querschnittsprofil, welches weitgehend ohne Verlust von Kühlmittel durchströmbar ist.
Weiterhin ist vorgesehen, dass das zweite Werkzeugteil, dem Kanal des ersten Werkzeugteils gegenüberliegend in Profillängsrichtung zumindest bereichsweise einen, etwa nach Art einer Matrize ausgebildeten Umformfortsatz aufweist. Dieser Fortsatz weist eine gegenüber den übrigen Umformflächen der beiden Werkzeugteile hervorspringende oder hervorstehende Außenkontur auf. Er dient bei der Zustellung der beiden Werkzeugteile hin zu deren Schließstellung zur lokalen Deformation und Umformung des die beiden randseitigen Profile verbindenden Mittelteils des Profilteils oder Halbzeugs.
Beim Überführen der beiden Werkzeugteile in die Schließstellung unterliegt das Mittelteil des Profilteils durch den zumindest bereichsweise in den Kanal des ersten Werkzeugteils hineinragenden Umformfortsatz eine geforderte Umformung. In der Schließstellung gelangen die außerhalb des Umformfortsatzes vorgesehenen Umformflächen der Werkzeugteile mit den außerhalb der Verformung liegenden Flächenabschnitten des Profilteils oder Halbzeugs zur Anlage, während der Umformfortsatz unter zumindest lokaler Verformung des Mittelteils zumindest bereichsweise in den Kanal des ersten Werkzeugteils hineinragt.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Kanal für das Kühlmittel an der dem zweiten Werkzeugteil zugewandten Seite vom Mittelteil des Profilteils verschlossen und abgedichtet ist. Diese Verschluss- oder Abdichtwirkung des Profilteils ist vorzugweise entlang der gesamten Profillängsrichtung gegeben, sodass an den in Profillängsrichtung liegenden Endabschnitten eine Ein- und Auskopplung des Kühlmediums in den Kühlmittelkanal möglichst kühlmittelverlustfrei erfolgen kann.
Durch die zumindest lokale Verformung des Profilteils in seinem Mittelteil kann sich der vom Kühlmittel durchströmbare Querschnitt des Kühlmittelkanals entlang der Profillängsrichtung ändern. Zwar ist der vom Kühlmittel durchströmbare Querschnitt im Bereich von Verformungen des Mittelteils des Profilteils gegenüber nicht verformten Abschnitten des Mittelteils verringert. In den verformten bzw. Querschnitt verjüngten Bereich stellt sich jedoch eine höhere Strömungsgeschwindigkeit ein, sodass insgesamt auch in diesen Bereichen eine ausreichende Wärmeabfuhr zur Verfügung gestellt werden kann.
Weiterhin ist vorgesehen, dass an einem oder an beiden Werkzeugteilen weitere Kanäle für ein Kühlmittel vorgesehen sind. Mittels dieser weiteren Kühlmittelkanäle oder -bohrungen kann ein mittelbares Kühlen oder Abschrecken des zu verformenden Werkstücks erfolgen. Hierbei erfolgt die Wärmeabfuhr über zumindest ein, vorzugsweise aber über beide Werkzeugteile.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann zudem vorgesehen werden, die für die Randabschnitte des Profilteils an einem der beiden Werkzeugteile vorgesehenen Aufnahmen mit einem Kühlmedium zu durchströmen. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, die Randabschnitte des noch umzuformenden Profilteils als geschlossenes Hohlprofil auszubilden und ein Kühlmedium gezielt durch das Innere dieses im Wesentlichen geschlossenen Hohlprofils einzuleiten.
Ausführungsbeispiele
Weitere Ziele, Merkmale sowie vorteilhafte Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung werden nachfolgend mittels der auf die Figuren bezogenen Beschreibung von Ausführungsbeispielen erläutert. Dabei bilden sämtliche beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale in ihrer sinnvollen Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von den Patentansprüchen und deren Rückbezügen. Es zeigen:
1 eine perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen Profilteils,
2 das Profilteil gemäß 1 im Querschnitt entlang der Schnittlinie A-A,
3 das Profilteil gemäß 1 im Querschnitt entlang der Schnittlinie B-B,
4 das Profilteil gemäß 1 im Querschnitt entlang der Schnittlinie C-C,
5 das Profilteil gemäß 1 im Querschnitt entlang der Schnittlinie D-D
6 das Profilteil gemäß 1 im Querschnitt entlang der Schnittlinie E-E,
7 ein mit Kühlkanälen versehendes Warmumformwerkzeug im Bereich der Schnittlinie A-A und
8 das Umformwerkzeug mit eingespannten Profilteil gemäß 7 im Bereich der Schnittlinie E-E.
Das in 1 perspektivisch gezeigte Profilteil 10 weist an seinen Seitenrändern, wie anhand der 2 bis 6 ersichtlich, jeweils einen als geschlossenes Hohlprofil ausgebildeten Randabschnitt 12, 14 auf. Diese Randabschnitte 12, 14 dienen der Strukturversteifung des Profilteils 10, welches vorzugsweise zur Verstärkung bzw. Versteifung einer Kraftfahrzeugkarosserie im Bereich der A- oder B-Säule vorgesehen ist. Die 2 bis 6 geben den Querschnitt des Profilteils 10 in den jeweils angegebenen unterschiedlichen Positionen in Längsrichtung des Profilteils schematisch wieder.
Während das Profilteil in seinem unteren Abschnitt, der Schnittlinie A-A entsprechend, seine maximale Lateralausdehnung bzw. maximale Profilbreite aufweist, hat es im oberen Abschnitt in der Schnittlinie E-E, wie in 6 dargestellt, seine geringste Breite. Zur Veränderung der Profilbreite ist in dem die beiden Randabschnitte 12 und 14 verbindenden, im Wesentlichen flächigen Mittelteil 16 eine Vertiefung oder Prägung 18 ausgebildet, deren Prägetiefe sich reziprok proportional zur Breite des Profilteils 10 verhält.
Die Änderung hinsichtlich Prägetiefe und Geometrie der im Profilteil 10 im Mittelteil eingearbeiteten Prägung 18 verläuft im Wesentlichen kontinuierlich und stetig zwischen den in den 2 bis 6 beispielhaft wiedergegebenen Geometrien, sodass insgesamt möglichst weiche Außenkonturen des Profilteils 10 generiert werden können, die sich gegenüber scharfkantigen oder spitzen Geometrieformen hinsichtlich im Belastungsfall auftretender Spitzenbeanspruchungen als vorteilhaft erweisen.
Zur Verringerung des insgesamt benötigten Bauraums ist insbesondere vorgesehen, dass sich die in den Mittelteil einzubringende Prägung oder Vertiefung 18 auf derselben Seite wie die an den Mittelteil 16 angrenzenden Randabschnitte 12, 14 erstreckt. Neben einer die Profilbreite beeinflussenden Wirkung kommt der in den Mittelteil 16 eingearbeiteten Vertiefung 18 zusätzlich auch noch eine strukturversteifende Wirkung zu. Durch Einbringen der Vertiefung oder Prägung 18 in den Mittelteil 16 wird das gesamte Bauteil zunehmend verwindungssteif.
Wie anhand der unterschiedlichen Querschnittsgeometrien der 2 bis 6 ersichtlich, bleibt die Grundstruktur der durch Bildung entsprechender Hohlprofile strukturversteiften Randabschnitte 12 und 14 auch durch Einbringen der Vertiefung oder Prägung 18 im Mittelteil 16 des Profilteils 10 gewahrt. Die Erfindung ermöglicht somit ein besonders einfaches, mittels Rollformen erreichbares Anpassen eines länglichen Profilteils an vorgegebene Außengeometrien, ohne dass die durch die seitlichen Hohlprofilabschnitte 12, 14 zur Verfügung gestellte Struktursteifigkeit leidet.
Im Stoßbereich 20, 22, in welchem die Seitenränder der Randabschnitte 12, 14 zum Mittelteil 16 hin umgeformt sind und an diese anstoßen, ist eine Schweißverbindung zwischen dem nach innen gewölbten und nach innen umgeformten Rand des Blechzuschnitts und des daran angrenzenden Mittelteils 16 vorgesehen. Die Verbindung wird hierbei durch Schweißen, Nieten oder dergleichen Fügeverfahren bewerkstelligt.
In 7 ist ein Umformwerkzeug, insbesondere ein Warmumformwerkzeug zur Verformung des zuvor beschriebenen Profilteils 10 gezeigt. Das Umformwerkzeug weist zwei, in den Darstellungen gemäß 7 und 8 vertikal zueinander verstellbare Werkzeugteile 30, 32 auf, die als Matrize bzw. Patrize zum Einbringen einer lokalen Umformung bzw. Prägung 18 in das zwischen die Werkzeugteile 30, 32 einlegbare Profilteil 10 ausgebildet sind. Das in den Figuren unten zu liegen kommende erste Werkzeugteil 30 weist links und rechts jeweils eine Aufnahme 36, 34 für die randseitigen Hohlprofilabschnitte 12, 14 des Profilteils 10 auf. Der die beiden Hohlprofilabschnitte 12, 14 miteinander verbindende Mittelteil 16 kommt mit Umformflächen 46, 48 des untenliegenden Werkzeugteils 30 zur Anlage.
Das andere, in den 7 und 8 oben zu liegen kommende Werkzeugteil 32 ist im Querschnitt gemäß 7 mit einer im Wesentlichen geradlinigen und ebenen Umformfläche versehen, welche nahezu vollständig mit dem Mittelteil 16 und den bündig daran anschließenden Endabschnitten 12, 14 des Profilteils 10 in der in 7 gezeigten Schließstellung in Anlagestellung gelangt.
In beiden Werkzeugteilen 30, 32 sind diverse Kühlmittelkanäle 40, 42 sowie 36, 34, 38 ausgebildet. Die im oberen Werkzeugteil 32 ausgebildeten Kühlmittelkanäle 40, 42 sind vorzugsweise lamellenartig oder als Bohrungen ausgebildet und dienen zur Kühlung des mit dem Werkstück oder Halbzeug 10 in Anlagestellung tretenden Werkzeugteils 32 und seiner Umformfläche.
Demgegenüber weist das untenliegende Werkzeugteil 30 zwei verschiedene Kühlmittelkanäle 34, 36 und 38 auf. Die Kühlmittelkanäle 34, 36 werden im Wesentlichen von der im Werkzeugteil 30 gebildeten randseitigen Aufnahme 34, 36 gebildet. Sofern diese Kanäle oder Aufnahmen nach außen hin abgedichtet sind, kann in diese in Profillängsrichtung ein Kühlmedium eingeleitet werden, welches den jeweiligen hohlprofilartigen Randabschnitt 12, 14 des Profilteils 10 zur Kühlung desselben durchströmt oder umströmt. Eine werkzeugseitige Abdichtung kann sogar entbehrlich werden, wenn die Randabschnitte 12, 14 des umzuformenden Profilteils 10 als geschlossenes Hohlprofil ausgebildet sind. Dann nämlich kann zur Kühlung oder Abschreckung ausreichend sein, das lediglich das Innere des Hohlprofils 12, 14 mit Kühlmittel zu beaufschlagen.
Weiterhin ist angrenzend an den Mittelteil 16 des Profilteils 10 ein Kühlmittelkanal 38 vorgesehen. Dieser ist zum Profilteil 10 hin offen ausgebildet, sodass das durch den Kanal 38 strömende Kühlmedium unmittelbar mit dem zu kühlenden Mittelteil 16 des Profilteils 10 in Kontakt gelangt. Auf diese Art und Weise kann ein besonders schnelles und effizientes Kühlen bzw. Abschrecken des auf eine Umformtemperatur erwärmten Profilteils 10 erfolgen.
Der Kühlmittelkanal 38 dient zudem, wie in 8 im Querschnitt gemäß Schnittlinie E-E dargestellt, als Aufnahme oder Matrize für ein zur Verformung des Mittelteils 16 des Profilteils 10 vorgesehenes Präge- oder Umformteil 44, welches von der im Wesentlichen ebenen Umformfläche des obenliegenden zweiten Werkzeugteils 32 hervorsteht und in der in 8 gezeigten Schließstellung beider Werkzeugteile 30, 32 zumindest bereichsweise in den Kanal 38 unter Umformung des dazwischenliegenden Mittelteils 16 des Profilteils 10 hineinragt.
Sowohl in der Konfiguration gemäß 7 als auch in der Darstellung gemäß 8 hat der zumindest bereichsweise umgeformte Mittelteil 16 des Profilteils 10 eine gegenüber dem Kühlmittelkanal 38 abdichtende Funktion. Durch die in den Kanal 38 hineinragende Umformung des Mittelteils 16 des Profilteils 10 ist der lichte Strömungsquerschnitt des Kanals 38 an dieser Stelle gegenüber einer Ausgangssituation wie sie der Darstellung gemäß 7 entspricht verringert. Das Kühlmittel weist jedoch in einem solch querschnittsverjüngten Abschnitt eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit auf, sodass nach wie vor eine ausreichende Kühlung zur Verfügung gestellt werden kann.
Die den Kanal 38 seitlich eingrenzenden Teile des untenliegenden Werkzeugteils 30, welche Umformflächen 46, 48 in 7 und in 8 Umformflächen 56 und 58 aufweisen, haben der angestrebten lateralen Taillierung des Profilteils 10 entsprechend, eine variable Breite in Profillängsrichtung. Eine solche variable Breite der Teile des unteren Werkzeugteils 32, welche zwischen benachbarten Kühlmittelkanälen 36, 38, 34 liegen, ist zur Erzielung einer bereichsweise lateralen Breitenänderung des Profilteils 10 unabdingbar. So gibt die Breite der den mittigen Kühlmittelkanal 38 seitlich begrenzenden Werkzeugteilabschnitte dasjenige Endmaß vor, welches der zwischen den randseitigen Profilabschnitten 12, 14 liegende Mittelteil 16 des Profilteils nach erfolgter Umformung einnehmen kann.

10: Profilteil
12: Randabschnitt
14: Randabschnitt
16: Mittelteil
18: Vertiefung, Prägung
20: Stoßbereich
22: Stoßbereich
30: Werkzeugteil
32: Werkzeugteil
34: Aufnahme
36: Aufnahme
38: Kühlmittelkanal
40: Kühlmittelkanal
42: Kühlmittelkanal
44: Prägefortsatz
46: Umformfläche
48: Umformfläche
56: Umformfläche
58: Umformfläche

Claims

Profilteil für eine Kraftfahrzeugkarosserie mit zwei in Profillängsrichtung verlaufenden und lateral in Profilquerrichtung voneinander beabstandeten, jeweils ein im Wesentlichen geschlossen ausgebildetes Randprofil aufweisenden Randabschnitten (12, 14), die über ein Mittelteil (16) miteinander verbunden sind, wobei zur Veränderung des lateralen Abstandes der Randabschnitte (12, 14) zueinander, zumindest eine Verformung (18) des Mittelteils (16) vorgesehen ist.
Profilteil nach Anspruch 1, wobei die Erstreckung der Verformung (18) zumindest eine Richtungskomponente parallel zur Flächennormalen des Mittelteils (16) aufweist.
Profilteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Tiefe oder Höhe der Verformung (18) in Profillängsrichtung unterschiedlich ausgebildet ist.
Profilteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verformung (18) als Prägung ausgebildet ist.
Profilteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich die Tiefe oder Höhe der Verformung oder Prägung (18) kontinuierlich und/oder stetig in Profillängsrichtung ändert.
Profilteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Tiefe der Verformung oder der Prägung zumindest abschnittsweise einer geforderten lateralen Breite des Profilteils angepasst ist.
Profilteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zumindest abschnittsweise im Mittelteil (16) vorgesehene Verformung oder Prägung (18) zur Verringerung der lateralen Profilteilbreite vorgesehen ist.
Profilteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, wobei die Verformung oder Prägung (18) zumindest abschnittsweise zur Vergrößerung der Profilbreite durch Verringerung der Tiefe der Verformung oder der Prägung (18) vorgesehen ist.
Profilteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Profilteil einstückig ausgebildet und das Randprofil (12, 14) mit einem umgeformten Endabschnitt an das Mittelteil (16) angrenzt.
Profilteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei beide Randprofile (12, 14) mit ihren umgeformten lateralen Enden an dieselbe Seite des Mittelteils (16) angrenzen.
Profilteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 oder 10, wobei zumindest ein umgeformtes freies Ende des Randabschnitts (12, 14) mit dem Mittelteil (16) fest verbunden, insbesondere verschweißt ist.
Profilteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zum Umformen des zumindest einen Randabschnittes (12, 14), zum Einbringen der Prägung (18) in den Mittelteil (16) und/oder zum Verringern der Prägetiefe der Prägung (18) zumindest ein Rollformprozess vorgesehen ist.
Profilteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Mittelteil (16) vorgesehene Prägung oder Verformung (18) mittels eines Warmumformprozesses einbringbar ist.
Verfahren zur Herstellung eines Profilteils einer Kraftfahrzeugkarosserie aus einem länglichen Metallblech mit parallel zueinander und im Wesentlichen geradlinig in Längsrichtung verlaufenden jeweils ein im Wesentlichen geschlossenes Randprofil aufweisenden Randabschnitten (12, 14), wobei zur lokalen Veränderung der Profilteilbreite in einen die Randabschnitte (12, 14) miteinander verbindenden Mittelteil (16) zumindest eine Verformung oder Prägung (18) eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Verformung oder Prägung (18) mittels Rollformen in den Mittelteil (16) eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Verformung oder Prägung (18) mittels eines Warmumformprozesses in den Mittelteil (16) eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Profilteil vor Einbringen der Verformung (18) oder Prägung (18) auf eine Umformtemperatur, insbesondere Austenittemperatur, erwärmt und unmittelbar nach Einbringen der Verformung oder Prägung (18) unter Verwendung eines Kühlmittels abgeschreckt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 14 bis 17, wobei die Tiefe der Verformung oder Prägung (18) jeweils an die lokal geforderte Profilbreite des Profilteils angepasst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 14 bis 18, wobei vor Einbringen der Verformung oder Prägung (18) zumindest einer der Randabschnitte (12, 14) zur Bildung eines Hohlprofils mittels Rollformen umgeformt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 14 bis 19, wobei vor Einbringen der Verformung oder Prägung (18) zumindest ein umgeformtes freies Ende eines Randabschnitts (12, 14) fest mit dem Mittelteil (16) verbunden, insbesondere verschweißt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 14 bis 20, wobei eine in Längsrichtung durchgehende Verformung oder Prägung (18) in einem ersten Schritt in den Mittelteil (16) eingebracht wird und in einem zweiten Schritt durch lokale Verringerung der Tiefe der Verformung oder Prägung (18) das Profilteil (10) entsprechend in seiner Lateralerstreckung verbreitert wird.
Warmumformwerkzeug zur Verformung eines Profilteils für eine Kraftfahrzeugkarosserie nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 13, mit zumindest einem ersten (30) und einem zweiten Werkzeugteil (32), die in zumindest eine Schließ- und eine Öffnungsstellung überführbar sind, wobei an zumindest einem der Werkzeugteile (30, 32) Aufnahmen (34, 36) für die Randprofile (12, 14) des Profilteils (10) vorgesehen sind und beide Werkzeugteile (30, 32) zumindest in einem zwischen den Aufnahmen (34, 36) liegenden Abschnitt Umformflächen zur Verformung oder Prägung eines die Randabschnitte (12, 14) des Profilteils (10) miteinander verbindenden Mittelteils (16) aufweisen, wobei zumindest eine der Umformflächen einen in Profilrichtung verlaufenden Kanal (38) für ein Kühlmittel aufweist, der in Schließstellung des Werkzeugs unmittelbar an den zu verformenden Mittelteil (16) des Profilteils angrenzt.
Werkzeug nach Anspruch 22, wobei der Kanal (38) als eine zum Profilteil (10) hin offene Vertiefung am ersten Werkzeugteil (30, 32) ausgebildet ist.
Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche 22 oder 23, wobei das zweite Werkzeugteil (32) dem Kanal (38) des ersten Werkzeugteils (30) gegenüberliegend in Profillängsrichtung zumindest bereichsweise einen Umformfortsatz (44) aufweist, welcher in Schließstellung unter zumindest lokaler Verformung des Mittelteils (16) in den Kanal (38) des ersten Werkzeugteils (30) hineinragt.
Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche 22 bis 24, wobei der Kanal (38) an der dem zweiten Werkzeugteil (32) zugewandten Seite vom Mittelteil (16) des Profilteils (10) verschlossen oder abgedichtet ist.
Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche 22 bis 25, wobei an dem ersten und/oder zweiten Werkzeugteil (30, 32) weitere Kanäle (40, 42) für ein Kühlmittel vorgesehen sind.
Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche 22 bis 26, wobei die für die Randabschnitte des Profilteils (10) vorgesehenen Aufnahmen (34, 36) von einem Kühlmedium durchströmbar sind.