DE102010016960A1

DE102010016960A1 - Verfahren zur Herstellung von Hohlprofilen mit einem Längsflansch

Info

Publication number: DE102010016960A1
Application number: DE102010016960A
Authority: DE
Inventors: Dr.-Ing. Flehmig Thomas; Michael Brüggenbrock; Jörg Gorschlüter
Original assignee: ThyssenKrupp Steel Europe AG
Current assignee: ThyssenKrupp Steel Europe AG
Priority date: 2010-05-14
Filing date: 2010-05-14
Publication date: 2011-11-17
Also published as: EP2569113B1; EP2569113A1; KR20130080015A; US8505352B2; KR101810109B1; JP2013526412A; JP5430798B2; CN102947021B; WO2011141336A1; CN102947021A; US20130091919A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Hohlprofilen mit einem Längsflansch, wobei durch Einfahren eines Stempels in ein erstes Gesenk eine zwischen dem Stempel und dem ersten Gesenk angeordnete Platine zu einem U-Profil mit einem ersten Schenkel und einem zweiten Schenkel vorgeformt wird und wobei mit einem zweiten Gesenk das U-Profil zu einem O-Profil mit einem Längsflansch geformt wird. Die Aufgabe ein prozesssicheres Verfahren zum Herstellen von Hohlprofilen mit einem Längsflansch anzugeben, welches eine bessere Kontrolle der Abmessungen und der Form des Längsflansches ermöglicht wird dadurch gelöst, dass beim Vorformen der Platine zu dem U-Profil in zumindest dem ersten Schenkel ein Längsflanschschenkelabschnitt ausgeformt wird und der Längsflanschschenkelabschnitt während des Formens des U-Profils zu einem O-Profil im Wesentlichen formwahrend zu einem Teil des Längsflansches ausgebildet wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Hohlprofilen mit einem Längsflansch, wobei durch Einfahren eines Stempels in ein erstes Gesenk eine zwischen dem Stempel und dem ersten Gesenk angeordnete Platine zu einem U-Profil mit einem ersten Schenkel und einem zweiten Schenkel vorgeformt wird und wobei mit einem zweiten Gesenk das U-Profil zu einem O-Profil mit einem Längsflansch geformt wird.
Ein Verfahren zum Herstellen eines Hohlprofils mit einem Längsflansch wird beispielsweise in der DE 10 2005 011 764 A1 beschrieben. Bei dem bekannten Verfahren wird in einem ersten Biegegesenk mittels eines Stempels ein im Querschnitt U-förmiges Profil mit parallelen Schenkeln hergestellt. Anschließend wird dieses U-förmige Profil in einem zweiten Biegegesenk mittels eines oberen Biegegesenks zu einem Rohrkörper mit geschlossenem Querschnitt geformt. Dabei wird in zumindest einem der Schenkel ein in Längsrichtung verlaufender Flansch gebildet. Bei dem aus der DE 10 2005 011 764 A1 bekannten Verfahren muss also das U-förmige Profil aus dem ersten Biegegesenk entnommen und in das zweite Biegegesenk eingebracht werden, um zu einem O-förmigen Profil umgeformt werden zu können.
Hohlprofile mit Längsflansch finden insbesondere im Fahrzeugbau als Karosserieelemente Verwendung. Der Längsflansch dient dabei beispielsweise zur Anbindung von Karosserieblechen. An die Maßhaltigkeit von Hohlprofilen werden immer höhere Anforderungen gestellt. Dies gilt insbesondere für die Abschnitte der Hohlprofile, mit denen die Hohlprofile mit anderen Bauteilen verbunden werden. Diesen Anforderungen werden mit dem herkömmlichen Verfahren gefertigte Hohlprofile mit Längsflansch nicht immer gerecht, da sich aufgrund des Transports des U-förmigen Profils von dem ersten Gesenk zu dem zweiten Gesenk zwangsläufig eine gewisse Ungenauigkeit ergibt, wenn nicht sehr aufwädige und kostenintensive Maßnahmen ergriffen werden. Dies gilt insbesondere für gekrümmte Hohlprofile.
Ausgehend von dem voran stehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, ein prozesssicheres Verfahren zum Herstellen von Hohlprofilen mit einem Längsflansch anzugeben.
Nach einer ersten Lehre der Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung von Hohlprofilen mit einem Längsflansch gelöst, bei welchem durch Einfahren eines Stempels in ein erstes Gesenk eine zwischen dem Stempel und dem ersten Gesenk angeordnete Platine zu einem U-Profil mit einem ersten Schenkel und einem zweiten Schenkel vorgeformt wird und mit einem zweiten Gesenk das U-Profil zu einem O-Profil mit einem Längsflansch geformt wird, wobei beim Vorformen der Platine zu dem U-Profil in zumindest dem ersten Schenkel ein Längsflanschschenkelabschnitt ausgeformt wird und der Längsflanschsschenkelabschnitt während des Formens des U-Profils zu einem O-Profil im Wesentlichen formwahrend zu einem Teil des Längsflansches ausgebildet wird.
Erfindungsgemäß wird demnach bereits bei dem Vorformschritt, bei welchem ein U-Profil erzeugt wird, zumindest ein Teil des Längsflansches ausgeformt, so dass die Abmessungen des eines Teils des Längsflansches genau vorgegeben werden können. Die gesamte Maßhaltigkeit des Hohlprofils lässt sich damit verbessern, da in den späteren Umformschritten die hohe Maßhaltigkeit des Längsflansches nicht mehr explizit berücksichtigt werden muss. Einfahren im Sinne der Erfindung bedeutet, dass sich der Stempel und das erste Gesenk aufeinanderzubewegen, also eine Relativbewegung zwischen Stempel und Gesenk. Dies kann entweder durch eine Bewegung des Stempels oder des ersten Gesenks aber auch durch eine Bewegung von sowohl des Stempels als auch des ersten Gesenks gewährleistet werden.
Eine erste Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass zu Beginn des Vorformens mittels eines in Einfahrrichtung vorstehend positionierten, verschiebbaren Teilstempels des Stempels und einer entgegen der Einfahrrichtung vorstehend positionierten, verschiebbaren Seitenwand des ersten Gesenks der Längsflanschschenkelabschnitt ausgeformt wird, durch weiteres Einfahren des Stempels in das erste Gesenk der Teilstempel und die Seitenwand jeweils von der vorstehenden Position in eine bündige Position verschoben werden und die Platine zu dem U-Profil vorgeformt wird. Der Längsflanschschenkelabschnitt kann somit zum frühest möglichen Zeitpunkt ausgeformt werden. Zu diesem Zeitpunkt ist die Position der Platine genau vorgegeben und die Gefahr eines Verziehens durch einen gleichzeitig ablaufenden Tiefziehvorgang weitgehend gemindert.
Weiterbilden lässt sich das Verfahren ferner dadurch, dass ein erstes Gesenk mit mindestens einer ersten verschiebbaren Seitenwand verwendet wird und die erste Seitenwand beim Formen des U-Profils zu dem O-Profil mit Längsflansch mittels des zweiten Gesenks in Einfahrrichtung verschoben wird. Die Seitenwand kann das U-Profil auf diese Weise während des Formens zu dem O-Profil mit Längsflansch seitlich stützen, so dass die Prozesssicherheit des Verfahrens verbessert werden kann.
In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird ein zweites Gesenk verwendet, welches ein erstes, dem Längsflanschschenkelabschnitt zugeordnetes Teilgesenk und mindestens ein weiteres Teilgesenk umfasst, und das U-Profil zu dem O-Profil geformt wird, indem das weitere Teilgesenk vor dem ersten Teilgesenk abgesenkt wird. Durch die Teilung des zweiten Gesenks kann die Prozesssicherheit beim Formen des U-Profils zu dem O-Profil weiter verbessert werden.
Eine nächste Weiterbildung sieht vor, das U-Profil zu einem O-Profil mit einem gedoppelten Längsflansch auszubilden. Gedoppelte Längsflansche zeichnen sich durch eine erhöhte Steifigkeit aus, so dass mit ihnen höhere Kräfte in das Hohlprofil eingeleitet werden können.
Weiter ausgestalten lässt sich das Verfahren ferner dadurch, dass vor dem Formen des U-Profils zu dem O-Profil mit Längsflansch ein Stützkern, insbesondere ein gegliederter Stützkern, in das U-Profil eingebracht wird. Mit dem Stützkern kann das U-Profil während des Formens zu dem O-Profil von innen abgestützt werden und ein Einknicken vermieden werden. Die Verwendung eines gegliederten Stützkerns ermöglicht eine Abstützung auch dann, wenn das U-Profil zu einem gekrümmten Hohlprofil geformt werden soll. Insbesondere kann ein gegliederter Stützkern auch zerstörungsfrei aus dem gekrümmten Hohlprofil gezogen werden.
Weiterbilden lässt sich das Verfahren auch dadurch dass durch das Formen des U-Profils zu dem O-Profil mit Längsflansch ein Kantenstoß gebildet wird und das O-Profil entlang des Kantenstoßes zumindest teilweise stoffschlüssig geschlossen wird. Bei der Verwendung des Laserschweißens zum Schließen des Kantenstoßes kann der Wärmeeintrag in das Hohlprofil minimiert werden. Eine Veränderung der Materialeigenschaften des Hohlprofils durch das Schließen kann somit weitgehend vermieden werden.
In einer weiteren Ausgestaltung wird der Stützkern vor oder nach dem stoffschlüssigen Schließen gezogen. Ein Ziehen des Stützkernes vor dem stoffschlüssigen Schließen kann die Entnahme des Stützkernes vereinfachen. Beispielsweise ist das Risiko einer versehentlichen stoffschlüssigen Verbindung des Stützkerns mit dem O-Profil vermindert. Zudem kann der Kantenstoß auf diese Weise zum Schließen von innen her zugänglich gemacht werden. Andererseits ermöglicht ein Ziehen des Stützkerns eine höhere Maßhaltigkeit des zu fertigenden Hohlprofils.
Gemäß einer nächsten Weiterbildung wird das Hohlprofil aus einer monolithischen Platine, einem Tailored Blank oder einem Patchwork Blank gefertigt. Unter einer monolithischen Platine wird eine solche verstanden, die aus einem einzelnen Blech einer bestimmten Dicke und aus einem einzigen Material besteht. Monolithische Platinen können besonders kostengünstig aus Kalt- oder Warmbändern herausgetrennt werden. Als ”Tailored Blanks” werden Platinen bezeichnet, die aus Einzelblechen unterschiedlicher Dicke, Festigkeit und/oder Oberflächenbeschichtung zusammengefügt sind. Dadurch lässt sich einerseits an Stellen mit höherer Belastung ein dickeres und/oder ein auch dünneres aber dafür höhenfestes Material einsetzen, so dass bei höherer Belastbarkeit ein geringeres Gewicht erzielt wird. Andererseits kann an den übrigen Stellen auf dünnere Bleche zurückgegriffen werden. Tailored Blanks ermöglichen also eine Gewichtsreduktion bei gleichbleibenden Festigkeitseigenschaften. Bei ”Patchwork Blanks” werden Grundplatinen durch die Befestigung einzelner zusätzlicher Verstärkungsbleche lokal verstärkt. Grundplatine und Verstärkungsbleche lassen sich im Anschluss problemlos gemeinsam umformen. Die arbeits- und kostenaufwändige Anbringung von Verstärkungen am späteren Bauteil kann somit entfallen. Als Grundplatinen für Patchwork Blanks kommen insbesondere auch Tailored Blanks in Frage, wobei mit den Verstärkungsblechen für eine kleinräumige lokale Verstärkung gesorgt werden kann, so dass für die Einzelbleche des Tailored Blanks eine weiter verringerte Dicke oder ein anderes Material gewählt werden kann.
Im Weiteren soll die Erfindung anhand einer Zeichnung in Verbindung mit Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt schematisch in:
1 eine Platine zur Herstellung eines Hohlprofils gemäß eines ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels;
2 die in 1 gezeigte Platine in einer Anordnung zwischen einem Stempel und einem ersten Gesenk;
3 einen Ausschnitt des aus der in der 1 gezeigten Platine vorgeformten U-Profils;
4 einen Zwischenschritt beim Formen des ausschnittsweise in der 3 gezeigten U-Profils zu einem O-Profil;
5 ein aus der in der 1 gezeigten Platine hergestelltes Hohlprofil mit Längsflansch;
6 eine Prinzipskizze zur Veranschaulichung des in den 1 bis 5 gezeigten Herstellungsverfahrens;
7 eine Platine zur Herstellung eines Hohlprofils gemäß einem zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels;
8 die zwischen einem Stempel und einem ersten Gesenk angeordnete, in der 7 gezeigte Platine;
9 die zu einem U-Profil vorgeformte, in der 7 gezeigte Platine;
10 einen in das in der 9 gezeigte U-Profil eingebrachten Stützkern und ein zum Formen des U-Profils zu einem O-Profil vorgesehenes, zweites Gesenk;
11 das teilweise zu einem O-Profil geformte, in der 9 gezeigte U-Profil;
12 das aus der in der 7 gezeigten Platine gefertigte Hohlprofil;
13 eine Prinzipskizze zur Veranschaulichung des in den 7 bis 12 gezeigten
1 zeigt ein Platine 1, welche spezifisch für die Herstellung eines Hohlprofils mit Längsflansch zugeschnitten ist. Der Zuschnitt der Platine 1 hängt vor allem von der Geometrie des fertigen Hohlprofils aber auch von der Geometrie des während des Vorformens ausgebildeten Längsflanschschenkelabschnitt 10 ab. Wie in der 2 gezeigt wird, ist die zugeschnittene Platine 1 zwischen einem Stempel 2 und einem ersten Gesenk 3 angeordnet. Das erste Gesenk 3 setzt sich aus zwei Seitenwänden 4 und 6 sowie einem Bodenelement 5 zusammen. Durch Einfahren des Stempels 2 in das erste Gesenk 3 wird die Platine 1 zu einem U-Profil 7 vorgeformt. Wie in dem in der 3 gezeigten Ausschnitt zu erkennen ist, wird ein erster Schenkel 8 und ein zweiter Schenkel 9 sowie in dem ersten Schenkel ein Längsflanschschenkelabschnitt 10 ausgeformt. In das so gebildete U-Profil 7 wird anschließend ein Stützkern 11 eingebracht.
In einem weiteren Verfahrensschritt wird mittels eines zweiten Gesenkes 12 das U-Profil zu einem O-Profil mit Längsflansch geformt. 4 zeigt ein noch nicht vollständig zu einem O-Profil umgeformtes U-Profil 13. Zur Veranschaulichung ist das zum Formen genutzt zweite Gesenk 12 in einer etwas angehobenen Position dargestellt. Mittels des zweiten Gesenks 12 wird das U-Profil 13 um den Stützkern 11 geformt. Die Form des Längsflanschschenkelabschnittes 10 bleibt im Wesentlichen erhalten. Im Bereich des Längsflanschschenkelabschnittes 10 wird das Material gedoppelt. Durch weiteres Absenken des zweiten Gesenks 12. wird dieser Abschnitt des U-Profils 13 zusammengequetscht, so dass ein O-Profil mit einem gedoppelten Quetschflansch gebildet wird. 5 zeigt das entsprechende Hohlprofil 14 nach dem Laserverschweißen des durch die beiden Schenkel gebildeten Kantenstoßes und dem Ziehen des Stützkernes 11. Längs des gekrümmten Hohlprofils 14 ist ein gedoppelter Längsflansch 15 ausgebildet, mit dem weitere Bauelemente an dem Hohlprofil 14 angebracht werden können.
6 zeigt stark vereinfacht die beim Herstellen des Hohlprofils durchlaufenen Verfahrensschritte, in dem jeweils die resultierenden Querschnittsformen gezeigt werden. Ausgehend von einer Platine 16 wird zunächst ein U-Profil 17 mit einem ersten Schenkel 18 und einem zweiten Schenkel 19 vorgeformt. Dabei wird in dem ersten Schenkel 18 ein Längsflanschschenkelabschnitt 20 ausgeformt. Anschließend wird das U-Profil 17 zu einem O-Profil 21 geformt Der Längsflanschschenkelabschnitt 20 wird dabei im Wesentlichen formwahrend gedoppelt und zu einem Längsflansch 22 gequetscht. Der Längsflansch 22 hat daher eine besonders gute Maßhaltigkeit und aufgrund der Dopplung eine enorme Festigkeit. Der Längsflansch 22 kann dann sehr gut zur Befestigung des Hohlprofils oder zur Befestigung anderer Komponenten an dem Hohlprofil genutzt werden. Schließlich wird der Kantenstoß 23 durch Laserschweißen zumindest teilweise geschlossen, so dass das Hohlprofil eine sehr hohe Steifigkeit erhält. Bevorzugt wird, wie in dem Ausführungsbeispiel beschrieben, ein Stützkern verwendet. Dieser findet Anwendung bei komplex zu formenden Hohlprofilen. Bei einfachen Geometrien kann durchaus auf ein Stützkern verzichtet werden.
7 zeigt eine weitere zugeschnittene Platine 24 zur Herstellung eines Hohlprofils. Diese wird zwischen einem Stempel 25 und einem ersten Gesenk 26, wie in der 8 veranschaulicht, angeordnet. Der Stempel 25 weist dabei einen in Einfahrrichtung R vorstehend positionierten Teilstempel 27 auf. Dem Teilstempel 27 ist eine verschiebbare Seitenwand 28 des ersten Gesenks 26 zugeordnet, die ebenfalls vorstehend positioniert ist. Zwischen dem Teilstempel 27 und der Seitenwand 28 wird beim Einfahren des Stempels 26 zunächst der Längsflanschschenkelabschnitt 29 in dem ersten Schenkel 30 des in der 9 dargestellten U-Profils 31 ausgeformt. Anschließend werden durch weiteres Einfahren des Stempels 25 in das erste Gesenk 26 der Teilstempel 27 und die Seitenwand 28 in eine bündige Position verschoben und der erste Schenkel 30 und der zweite Schenkel 32 geformt. Dann wird ein gegliederter Stützkern 33 in das weiterhin im ersten Gesenk 26 angeordnete U-Profil 31 eingebracht. Das zweite Gesenk 34 setzt sich aus einem ersten, dem Längflanschschenkelabschnitt 29 zugeordneten Teilgesenk 35 und einem weiteren Teilgesenk 36 zusammen, 10. Zunächst wird gemäß 11 das Teilgesenk 36 in Richtung des ersten Gesenks 26 bewegt. Dabei wird der dem Längsflanschschenkelabschnitt 29 abgewandte Teil des U-Profils umgeformt. Anschließend senkt sich auch das Teilgesenk 35 ab, so dass ein O-Profil gebildet wird. Nach dem Ziehen des Stützkernes 33 und dem Verschweißen des Kantenstoßes erhält man das in der 12 dargestellte Hohlprofil 37 mit Längsflansch 38. Wie in 12 zu erkennen ist, kann das Hohlprofil 37 sehr komplex geformt, beispielsweise gekrümmt sein. Dennoch ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die Herstellung eines Hohlprofils mit einem hoch maßhaltigen Längsflansch 38.
In der 13 sind die einzelnen Prozessschritte des letzten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Herstellung eines Hohlprofils anhand der einzelnen Querschnittsformen während der Prozessschritte veranschaulicht (ohne Stützkern dargestellt). Zunächst wird die Platine 39 zu einem U-Profil 40 mit einem ersten Schenkel 41 und einem zweiten Schenkel 42 vorgeformt. Dabei wird in dem ersten Schenkel 41 ein Längsflanschschenkelabschnitt 43 ausgebildet. Das U-Profil 40 wird dann über ein Zwischenprofil 44 zu einem O-Profil 45 geformt und der Kantenstoß 46 verschweißt. Die den Hohlraum umschließende Kontur bildet zusammen mit dem Längsflansch 47 dabei eine an die Ziffer ”6” erinnernde Form.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005011764 A1 [0002, 0002]

Claims

Verfahren zur Herstellung von Hohlprofilen mit einem Längsflansch, wobei durch Einfahren eines Stempels (2, 25) in ein erstes Gesenk (3, 26) eine zwischen dem Stempel (2) und dem ersten Gesenk (3, 26) angeordnete Platine (1, 24) zu einem U-Profil (7, 31) mit einem ersten Schenkel (8, 30) und einem zweiten Schenkel (9, 32) vorgeformt wird und wobei mit einem zweiten Gesenk (12, 34) das U-Profil (7, 31) zu einem O-Profil (14, 37) mit einem Längsflansch (15, 38) geformt wird, dadurch gekennzeichnet, dass beim Vorformen der Platine (1, 24) zu dem U-Profil (7, 31) in zumindest dem ersten Schenkel (8, 30) ein Längsflanschschenkelabschnitt (10, 29) ausgeformt wird und der Längsflanschschenkelabschnitt (10, 29) während des Formens des U-Profils (7, 31) zu einem O-Profil (14, 37) im Wesentlichen formwahrend zu einem Teil des Längsflansches (15, 38) ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zu Beginn des Vorformens mittels eines in Einfahrrichtung vorstehend positionierten, verschiebbaren Teilstempels (27) des Stempels (25) und einer entgegen der Einfahrrichtung vorstehend positionierten, verschiebbaren Seitenwand (28) des ersten Gesenks (26) der Längsflanschschenkelabschnitt (29) ausgeformt wird, durch weiteres Einfahren des Stempels (25) in das erste Gesenk (26) der Teilstempel (27) und die Seitenwand (28) jeweils von der vorstehenden Position in eine bündige Position verschoben werden und die Platine (24) zu dem U-Profil (31) vorgeformt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Gesenk (26) mit mindestens einer ersten verschiebbaren Seitenwand (28) verwendet wird und die erste Seitenwand beim Formen des U-Profils (31) zu dem O-Profil (37) mit Längsflansch (38) mittels des zweiten Gesenks (34) in Einfahrrichtung verschoben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Gesenk (34) verwendet wird, welches ein erstes, dem Längsflanschschenkelabschnitt (29) zugeordnetes Teilgesenk (35) und mindestens ein weiteres Teilgesenk (36) umfasst, und das U-Profil (31) zu dem O-Profil (37) geformt wird, indem das weitere Teilgesenk (36) vor dem ersten Teilgesenk (35) abgesenkt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das U-Profil (7) zu einem O-Profil (14) mit einem gedoppelten Längsflansch (15) ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Formens des U-Profils (7, 31) zu dem O-Profil (14, 37) mit Längsflansch (15, 38) ein Stützkern (11, 33), insbesondere ein gegliederter Stützkern, in das U-Profil eingebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Formen des U-Profils (7, 31) zu dem O-Profil (14, 37) mit Längsflansch (15, 38) ein Kantenstoß (23) gebildet wird und das O-Profil (14, 37) entlang des Kantenstoßes (23) zumindest teilweise, insbesondere durch Laserschweißen, stoffschlüssig geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkern (11, 33) vor oder nach dem stoffschlüssigen Schließen gezogen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlprofil (14, 37) aus einer monolitischen Platine, einem Tailored Blank oder einem Patchwork Blank gefertigt wird.