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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umformung eines Hohlprofils für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen im Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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In Serienfertigung erzeugte Formbauteile basieren oftmals auf der Umformung von Halbzeugen. Während beispielsweise Bleche die Ausgangsbasis für überwiegend flächige Erzeugnisse bilden, können Standard-Hohlprofile direkt in zumeist umfangsseitig geschlossene Bauteile umgearbeitet werden. Die dabei gezielt eingebrachte Formänderung wird in klassischer Weise durch einen von außen auf das Hohlprofil gerichteten Krafteintrag bewirkt.
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Der äußere Krafteintrag erfolgt mittels geeigneter Pressen, wobei das umzuformende Hohlprofil zunächst in den Formhohlraum eines wenigstens zweiteiligen Umformwerkzeugs eingelegt wird. Die gewünschte und innerhalb des Umformwerkzeugs als Negativ vorliegende Geometrie wird daraufhin in einem nachfolgenden Schließvorgang mittels Pressenkraft zumindest bereichsweise in das Hohlprofil übertragen.
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Um einer mitunter unkontrollierten Verformung einzelner Teilbereiche entgegen zu wirken, kann das Hohlprofil entgegen der äußeren Krafteinwirkung zusätzlich von seinem Inneren heraus zumindest bereichsweise mit geeigneten Werkzeugen gestützt werden. Anspruchsvolle Konturen können hierbei mitunter nicht realisiert werden, da die zum Stützen benötigten Werkzeuge entweder nicht in das Hohlprofil verbracht werden können oder nach dessen Verformung nicht mehr aus diesem heraus zu entfernen sind. Demgegenüber stellt das Hydroformen eine überaus flexible Möglichkeit dar, um auch solche Konturen prozesssicher zu realisieren.
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Die
DE 40 17 072 C2 offenbart eine Kombination aus äußerem Krafteintrag und innerer Druckerhöhung. Hierfür wird das umzuformende Hohlprofil in den innerhalb eines flüssigen Mediums gelegenen Formhohlraum eingelegt. Das flüssige Medium fließt selbsttätig in das Hohlprofil. Während eines ersten begrenzten Schließvorgangs wird das Hohlprofil verformt. Im nächsten Schritt wird das vorgeformte Hohlprofil endseitig verschlossen. Dann wird der Druck innerhalb des Hohlprofils erhöht. Dabei übersteigt der Innendruck die Streckgrenze des Hohlprofils, so dass dieses expandiert. Die Wandung des Hohlprofils wird vollständig gegen den Formhohlraum gepresst.
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Der zum Umformen erforderliche hohe Innendruck von 800 bar und mehr erfordert geeignete Abdichtungsmaßnahmen. Darüber hinaus muss der benötigte Formhohlraum das umzuformende Hohlprofil vollständig umschließen, um dessen Expansion ein formgebendes Widerlager entgegensetzen zu können. Durch die hohen Anforderungen an die Dichtung sowie die Geometrie des Formhohlraums geht die Umformung mit entsprechenden großem Aufwand einher.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Umformung eines Hohlprofils dahingehend zu verbessern, dass die gezielt einzubringende Formänderung insgesamt wirtschaftlicher durchgeführt werden kann.
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Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in einem Verfahren zur Umformung eines Hohlprofils für ein Kraftfahrzeug gemäß den Merkmalen von Patentanspruch 1.
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Hiernach umfasst das vorgestellte Verfahren folgende Schritte:
- – Einlegen des Hohlprofils in einen Formhohlraum eines wenigstens zweiteiligen Umformwerkzeugs, wobei das Hohlprofil über mindestens eine in dem Hohlprofil angeordnete Öffnung vollständig mit einem flüssigen Medium gefüllt wird;
- – Vorformen wenigstens eines ersten Teilbereichs des unverschlossenen Hohlprofils durch teilweises Schließen des Umformwerkzeugs während eines ersten Schließvorgangs;
- – Verschließen des Hohlprofils durch Einführen eines Dorns in wenigstens einen offenen Endabschnitt des Hohlprofils.
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Erfindungsgemäß wird das Hohlprofil im Anschluss durch einen zweiten Schließvorgang des Umformwerkzeugs zumindest abschnittsweise endgeformt. Der Formhohlraum tritt während der beiden Schließvorgänge des Umformwerkzeugs nur bereichsweise mit dem Hohlprofil in Kontakt. Dabei wird die über den gesamten Umformprozess hinweg bestehende statische Belastung des Hohlprofils, welche durch den aus der Umformung resultierenden Fluiddruck von innen auf die Wandung des Hohlprofils wirkt, unterhalb der Materialstreckgrenze des Hohlprofils gehalten.
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Das flüssige Medium dient somit als reine Stützflüssigkeit, die dem von außen auf die Wandung des Hohlprofils wirkenden Krafteintrag entgegenwirkt. Indem der sich insbesondere durch den äußeren Krafteintrag erhöhende Druck des flüssigen Mediums innerhalb des Hohlprofils zu jedem Zeitpunkt der Umformung unterhalb der Materialstreckgrenze des Hohlprofils gehalten wird, ist dies im Sinne der Erfindung somit nicht aktiv, sondern passiv an dem Umformprozess beteiligt. Mit anderen Worten dient das flüssige Medium nicht zur aktiven Ausformung einzelner Teilbereiche der Wandung des Hohlprofils, sondern hält dem von außen auf die Wandung des Hohlpofils wirkenden Krafteintrag eine vollflächige und an jedem Punkt gleich hohe Stützkraft entgegen.
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Durch die stützende Wirkung des flüssigen Mediums werden unerwünschte Materialflüsse und insbesondere unkontrollierte Verformungen der Wandung des Hohlprofils wirksam verhindert. Insbesondere die bei der klassischen, rein mechanischen Umformung, bei welcher die Umformung durch ein Werkzeug (nicht Fluid) bewirkt wird, das in Kontakt mit dem Werkstück gebracht wird, oftmals unkontrolliert auftretende Faltenbildung innerhalb der Wandung des Hohlprofils kann sich durch den Gegendruck des flüssigen Mediums nicht ausbilden. Die Wandung des Hohlprofils wird somit während der Umformung zwischen der Geometrie des Formhohlraums und dem flüssigen Medium, das heißt von außen und gleichzeitig von innen, geführt. Insbesondere aufgrund des Wechselwirkungsprinzips wird als direkte Reaktion auf die Umformung eine der äußeren Krafteinwirkung überall gleichwirkende Oberflächenkraft entgegengesetzt, welche die Wandung des Hohlprofils von innen heraus stützt. Dabei stehen die aus der äußeren Krafteinwirkung resultierende Volumenänderung des geschlossenen Hohlprofils und der Innendruck des flüssigen Mediums in direkter Wechselwirkung zueinander. Unkontrollierte Verformungen der Wandung werden somit weitestgehend verhindert.
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Ein weiterer Vorteil liegt in der entfallenden Notwendigkeit, die Geometrie des Formhohlraums vollflächig an die zu erzeugende Kontur des umzuformenden Hohlprofils anzupassen. Durch die im Inneren des Hohlprofils angeordnete Stützflüssigkeit in Form des flüssigen Mediums reicht ein auf Teilbereiche der Wandung des Hohlprofils von außen reduzierter Kontakt mit der Geometrie des Formhohlraums aus, während sich die nicht von außen mit dem Formhohlraum in Kontakt stehenden Bereiche des Hohlprofils als Übergangsbereiche frei ausformen. In vorteilhafter Weise können hierdurch höhere Toleranzen zwischen umzuformenden Hohlprofil sowie Formhohlraum zugelassen werden.
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Unter einem freien Ausformen wird vorliegend ein ungestützes Verformungsverhalten verstanden, bei welchem sich die Formänderung nicht durch den Übertrag einer zuvor als Negativ festgelegten Geometrie in das Hohlprofil ergibt, sondern eine sich aufgrund der in der Wandung auftretenden Normalkräfte sowie Querkräfte und Biegungen zwangsläufig ausbildende Form einstellt.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des grundsätzlichen Erfindungsgedankens sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche 2 bis 12.
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Je nach Anforderung kann der Druck des flüssigen Mediums innerhalb des verschlossenen Hohlprofils vor dem zweiten Schließvorgang erhöht werden. Die Druckerhöhung auf einen Wert oberhalb des atmosphärischen Drucks erfolgt bevorzugt über einen mit einer externen Druckquelle verbundenen Kanal im Dorn. Neben der vorteilhaften Vorspannung des Hohlprofils durch den erhöhten Innendruck bietet der Anschluss der externen Druckquelle über den Kanal im Dorn eine möglichst kompakte Bauweise. Darüber hinaus ist der Zugang zur externen Druckquelle direkt mit dem Einführen des Dorns in die offenen Endabschnitte des Hohlprofils erfolgt.
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Die Erfindung sieht vor, dass der Druck des flüssigen Mediums innerhalb des verschlossenen Hohlprofils durch die externe Druckerhöhung auf maximal 250 bar erhöht wird. Der Druck des flüssigen Mediums kann insbesondere auf einen Wert im Bereich vom atmosphärischen Druck bis 200 bar, bevorzugt bis 150 bar, besonders bevorzugt bis 100 bar erhöht werden. Je nach Anforderung und Materialstärke kann der maximale Druck des flüssigen Mediums auch auf 50 oder 20 bar begrenzt werden. Durch die Erhöhung des Innendrucks oberhalb des atmosphärischen Drucks wird das verschlossene Hohlprofil nur so weit vorgespannt, dass eine ausreichend stützende Wirkung des flüssigen Mediums erreicht wird. Weiterhin werden so nur unwesentliche Zugspannungen innerhalb der Wandung des Hohlprofils erzeugt, welche keine zusätzliche Ausdünnung der Wandung während des Umformens durch Krafteinleitung von außerhalb des Hohlprofils bewirken. Zudem sind durch die nur geringe Druckerhöhung keine allzu hohen Anforderungen an die Abdichtung des Hohlprofils sowie die Leistung der externen Druckquelle gestellt. Hierdurch kann das Verfahren insgesamt wirtschaftlicher und insbesondere schneller erfolgen.
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In bevorzugter Weise wird der maximale Druck des flüssigen Mediums innerhalb des verschlossenen Hohlprofils über den gesamten Umformprozess hinweg auf maximal 500 bar begrenzt. Der Druck des flüssigen Mediums kann insbesondere auf einen Wert von 100 bis 400 bar, bevorzugt von 200 bis 300 bar, besonders bevorzugt auf maximal 400 bar begrenzt werden. Durch die Begrenzung des Innendrucks ergibt sich eine nur unwesentliche Belastung des Hohlprofils. Hierbei werden die innerhalb der Wandung des Hohlprofils entstehenden Zugspannungen unterhalb der Streckgrenze des verwendeten Materials gehalten, so dass allein durch die Druckerhöhung keinerlei plastische Verformung auftritt.
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Gegenüber dem klassischen Hydroformen dient das flüssige Medium nicht zur aktiven Umformung des Hohlprofils von dessen Inneren heraus, sondern vielmehr als Stützflüssigkeit zur passiven Gegenlagerung.
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Grundsätzlich kann das Vorformen des Hohlprofils auch mehrstufig durchgeführt werden. Auf diese Weise können insbesondere nicht parallel zueinander verlaufende Bewegungsrichtungen zur Vorformung des Hohlprofils nacheinander erfolgen. Hierfür wird der erste Schließvorgang selbstverständlich in mehrere Einzelschritte aufgeteilt, um das mehrstufige Vorformen zu ermöglichen.
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Bevorzugt wird ein gegenüber dem sich während der Umformungen verändernden Innenvolumen des Hohlprofils ergebender Volumenüberschuss an flüssigem Medium während des zweiten Schließvorgangs aus dem Hohlprofil abgelassen. Besonders bevorzugt wird der sich ergebende Volumenüberschuss an flüssigem Medium über ein an dem Dorn angeordnetes Druckhaltemittel kontrolliert aus dem Hohlprofil abgelassen. So kann das Druckhaltemittel beispielsweise in Form eines Überdruckventils auf den maximal gewünschten Druck eingestellt sein, damit ein etwaiger Überschuss kontrolliert abgelassen und so der Druck auf das eingestellte Maximum innerhalb des Hohlprofils begrenzt wird. Der Vorteil besteht dabei in einer überaus kompakten Bauweise, welche den wenigstens einen zum Abdichten des Hohlprofils notwendigen Dorn gleichzeitig mit dem Druckhaltemittel baulich verbindet. Je nach Ausgestaltung kann das Druckhaltemittel auch so ausgebildet sein, dass eine etwaige Unterschreitung des Drucks des flüssigen Mediums während des Umformvorgangs dahingehend kompensiert wird, dass über die externe Druckquelle der Innendruck nachträglich erhöht wird. In vorteilhafter Weise wird so während des gesamten Umformvorgangs ein Innendruck in Bezug auf das flüssige Medium innerhalb des Hohlprofils im Bereich der zuvor genannten Werte eingestellt.
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Grundsätzlich kann der wenigstens eine zum Abdichten des Hohlprofils notwendige Dorn mit einem entsprechenden Dichtmittel versehen sein. So kann das Dichtmittel beispielsweise durch bloßes Einführen des Dorns innerhalb einer Öffnung des Hohlprofils seine dichtende Wirkung entfalten. Weiterhin ist auch eine erst nachträglich erfolgende Aktivierung des Dichtmittels denkbar, wie beispielsweise ein nachträgliches Anpressen des Dichtmittels an die Wandung des Hohlprofils im bereits eingeführten Zustand des Dorns. Die hierfür erforderliche Expansion des Dichtmittels kann beispielsweise über dessen radiale Dehnung oder eine Volumenvergrößerung erfolgen. Grundsätzlich kann das Dichtmittel dabei von außerhalb auf die Wandung oder von innerhalb gegen die Wandung des Hohlprofils angepresst werden.
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Bevorzugt wird zum Abdichten des bereits in das Hohlprofil eingeführten Dorns eine Stufe im Bereich des wenigstens einen Endabschnitts eingeprägt. Die Stufe kann dabei so ausgebildet sein, dass diese den Dorn umfangsseitig umgreift und/oder einen stirnseitigen Anschlag für den Dorn bietet. In einer bevorzugten alternativen Maßnahme wird bereits während des Einführens des Dorns in das Hohlprofil eine Stufe zum Abdichten im Bereich des Endabschnitts eingeprägt. Eine weitere bevorzugte Maßnahme sieht vor, dass bereits vor dem Einführen des Dorns in das Hohlprofil eine Stufe zum Abdichten im Bereich des Endabschnitts eingeprägt wird.
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Neben der rein abdichtenden Funktion des Dorns kann dieser grundsätzlich auch zur Umformung des Hohlprofils im Bereich des Endabschnitts beitragen, wobei die Wandung des Hohlprofils zumindest bereichsweise an die Geometrie des Dorns angeformt wird. In vorteilhafter Weise ist der Dorn in seinen Querschnitt bereits an die Querschnittsform des Endabschnitts nach der Vorverformung des Hohlprofils angepasst.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass der wenigstens eine Endabschnitt des Hohlprofils innerhalb einer Umformvorrichtung endgeformt wird. Bevorzugt agiert die Umformvorrichtung dabei unabhängig von dem Umformwerkzeug. Mit anderen Worten kann das Hohlprofil zunächst beispielsweise zwischen seinen beiden Endabschnitten umgeformt werden, woraufhin wenigstens einer seiner Endabschnitte über die Umformvorrichtung ebenfalls umgeformt wird. Selbstverständlich kann der zwischen den Endabschnitten gelegene Teil des Hohlprofils auch zeitgleich und somit zusammen mit wenigstens einem seiner Endabschnitte umgeformt werden. Grundsätzlich können die Endabschnitte oder wenigstens einer der Endabschnitte bei Bedarf zuerst umgeformt werden.
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Insbesondere bei zwei umzuformenden Endabschnitten des Hohlprofils werden entsprechend zwei Umformvorrichtungen parallel eingesetzt. Bevorzugt ist die Umformvorrichtung unabhängig vom Umformwerkzeug beweglich. Um eine möglichst hohe Entkopplung zwischen Umformwerkzeug und der wenigstens einen Umformvorrichtung zu erhalten, ist die Umformvorrichtung in vorteilhafter Weise beweglich gelagert, beispielsweise über Federn.
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In einer ersten Ausgestaltung zum Umformen wenigstens eines Endabschnitts wird dieser innerhalb der Umformvorrichtung endgeformt. In einer alternativen Ausgestaltung wird wenigstens ein Endabschnitt des Hohlprofils über eine Umformvorrichtung in einen Teil des Umformbereichs hinein umgeformt. Mit anderen Worten dient die hierbei eingesetzte Umformvorrichtung dazu, eine entsprechende Umformkraft von außen auf die Wandung des Hohlprofils im Bereich des Endabschnitts auszuüben, woraufhin die Wandung zumindest bereichsweise in einen Teil des Umformbereichs, näherhin eine Matrize, hinein umgeformt wird. Hierbei wird der Endabschnitt folglich zwischen der Umformvorrichtung und dem Umformwerkzeug endgeformt.
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Die Erfindung sieht ferner vor, dass der oder die Endabschnitte nach dem Endformen durch wenigstens einen Beschnitt konturiert werden. Alternativ kann die Konturierung des oder der Endabschnitte durch wenigstens einen Beschnitt auch während des Endformens erfolgen. Die Konturierung kann beispielsweise mittels Laser oder anderen mechanischen Verfahren erfolgen. So kann die Konturierung beispielsweise auch über einen Sägeschnitt oder eine spanende Bearbeitung erfolgen. Je nach Materialüberschuss kann die Konturierung selbstverständlich auch über einen Schleifprozess erfolgen. Alternativ kann die Konturierung auch durch Nibbeln erfolgen. Bei dem Konturieren des Endabschnitts handelt es sich zumeist um einen Konturschnitt, der sowohl dazu dient, seine Abweichungen auszugleichen als auch den Endabschnitt des Hohlprofils an andere Bauteile anzupassen, um nachträglich mit diesen gekoppelt zu werden.
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Im Ergebnis wird ein Verfahren aufgezeigt, welches eine überaus wirtschaftliche Umformung eines Hohlprofils für ein Kraftfahrzeug ermöglicht. Insbesondere das innerhalb des verschlossenen Hohlprofils angeordnete flüssige Medium ermöglicht eine überaus vorteilhafte Stützwirkung aus dem Inneren des Hohlprofils heraus, während dieses von seiner Außenseite her mechanisch umgeformt wird. Die im unverschlossenen Zustand des Hohlprofils erfolgende Vorverformung beschränkt sich dabei zunächst auf Teilbereiche sowie Konturenquerschnitte, welche keine unerwünschten Verformungen des Hohlprofils in Teilbereichen mit sich bringen. Durch die Begrenzung des Innendrucks, näherhin des Drucks des flüssigen Mediums innerhalb des verschlossenen Hohlprofils, wird über den gesamten Umformprozess hinweg sichergestellt, dass dessen Wandung durch den Innendruck nicht über seine Streckgrenze hinaus belastet wird. Bei dem flüssigen Medium kann es sich beispielsweise um Wasser oder einer anderweitig zusammengesetzte Suspension handeln.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger in den Zeichnungen schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein aus einem rohrförmigen Hohlprofil endgeformtes Torsionsprofil in perspektivischer Darstellungsweise;
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2 einen Abschnitt eines Faltenwurf aufweisenden Torsionsprofils in geschnittener Darstellungsweise;
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3 eine erste Querschnittsform eines Abschnitt des in 1 dargestellten Torsionsprofils;
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4 eine zweite Querschnittsform des in 1 dargestellten Torsionsprofils;
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5 eine dritte Querschnittsform des in 1 dargestellten Torsionsprofils;
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6 einen Abschnitt eines rohrförmigen Hohlprofils in Kombination mit Geometrien eines Umformwerkzeugs in perspektivischer sowie geschnittener Darstellungsweise;
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7 das rohrförmige Hohlprofil aus 6 mit bereichsweiser Verformung sowie
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8 das rohrförmige Hohlprofil der 6 und 7 im endgeformten Zustand.
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1 zeigt ein bereits fertig endgeformtes Hohlprofil 1, welches beispielhaft in Form eines Torsionsprofils als Fahrwerkskomponente eines Kraftfahrzeugs ausgebildet ist, insbesondere als Querlenker einer Verbundlenkerhinterachse. Das Hohlprofil 1 weist eine sich zwischen seinen beiden Endabschnitten 2a, 2b erstreckende und in diese übergehende Sicke 3 auf. Um die Geometrie des Hohlprofils 1 zu verdeutlichen, ist dieses in einzelne Ebenen A, B, C aufgeteilt, welche sich jeweils senkrecht zu dessen Längsachse x erstrecken. Hierbei verläuft die Ebene A mittig durch den zwischen den beiden Endabschnitten 2a, 2b gelegenen Mittelteil 4 des Hohlprofils 1. Demgegenüber verläuft die Ebene C durch die Endabschnitte 2a, 2b hindurch, wobei die Ebene C in 1 nur an einem Endabschnitt 2a dargestellt ist. Die letzte Ebene B ist vorliegend zwischen den beiden anderen Ebenen A, C angeordnet. Die in den einzelnen Ebenen A, B, C vorherrschende Querschnittsform des Hohlprofils 1 ist Inhalt der 3, 4 sowie 5.
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2 zeigt ein weiteres Hohlprofil 1a, welches ebenfalls zu einem Torsionsprofil umgeformt ist. Dem Hohlprofil 1a ist das im Stand der Technik beim rein mechanischen Umformen auftretende Problem einer zumindest bereichsweisen unkontrollierten Materialbewegung zu entnehmen. Insbesondere die Bereiche, in denen mehrere Biegeradien zusammentreffen, weisen unerwünschte Falten 5 auf. Vorliegend tritt der unerwünschte Faltenwurf zwischen dem Endabschnitt 2a des Hohlprofils 1a und dessen Mittelteil 4, näherhin zwischen den Ebenen B, C im Übergangsbereich zwischen dem Endabschnitt 2a und der Sicke 3 auf. Insbesondere die hier mit den Falten 5 aufgezeigten unerwünschten Materialbewegungen gilt es mit der vorliegenden Erfindung zu unterbinden.
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3 zeigt einen Querschnitt durch das Mittelteil 4 des Hohlprofils 1 der 1 in Ebene A. Eine umlaufende Wandung 6 des Hohlprofils 1 weist vorliegend eine gleich bleibende Materialstärke auf. Die Wandung 6 berührt sich insbesondere an einem Grund 3a der Sicke 3. Mit Vorgriff auf die 4 und 5 wird deutlich, dass der Grund 3a der Sicke 3 in Ebene A gegenüber der Längsachse x des Hohlprofils 1 abgesenkt ist. Ausgehend von dem Grund 3a der Sicke 3 weist die Wandung 6 des Hohlprofils 1 in Ebene A einen sich über 30% bis 50% des Querschnitts eng sowie parallel zueinander ausgerichteten Verlauf auf. Die in diesen Bereichen somit gedoppelte Wandung 6 des Hohlprofils 1 weist dabei einen Abstand zwischen sich auf, welcher kleiner ist als die Dicke 6a der Wandung 6 selbst.
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Weiterhin liegen sowohl die Breite b1 als auch die Höhe h1 des Hohlprofils 1 im Bereich der Ebene A bedingt durch die Verformung deutlich unterhalb der Querschnittsabmessungen des hier nicht näher dargestellten rohrförmigen Ausgangsquerschnitts des Hohlprofils 1. Insbesondere durch die tief in das Hohlprofil 1 reichende Sicke 3 weist das Hohlprofil 1 im Bereich der Ebene A einen U-förmigen Querschnitt auf, dessen Enden 7 einen kleinen Biegeradius r1 in Bezug auf den Verlauf der Wandung 6 aufweisen. Der Biegeradius r1 entspricht vorliegend von 100% bis 200% der Dicke 6a der Wandung 6. Insbesondere die im Bereich des Grundes 3a der Sicke 3 gedoppelte Wandung 6 weist sowohl innenseitig der Sicke 3 als auch an der dieser gegenüberliegenden Außenseite einen gebogenen Verlauf auf.
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4 zeigt den Querschnitt des Hohlprofils 1 in Ebene B, wie in 1 dargestellt. Gegenüber der Darstellung der 3 weist die gedoppelte Wandung 6 eine deutlich größere Beabstandung zueinander auf, wobei sich die Wandung 6 lediglich am Grund 3a der Sicke 3 berührt. Zwischen dem Grund 3a und den Enden 7 des U-förmigen Querschnitts des Hohlprofils 1 ist die gedoppelte Wandung 6 bis zum sechsfachen der Dicke 6a der Wandung 6 voneinander beabstandet. In dessen Folge weisen auch die Enden 7 einen gegenüber der Darstellung in 3 größeren Biegeradius r2 auf. Der Biegeradius r2 entspricht vorliegend von 250% bis 350% der Dicke 6a der Wandung 6.
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Während eine in Richtung der Hochachse z des Hohlprofils 1 gemessene Höhe h2 in Ebene B im Wesentlichen der Höhe h1 des Hohlprofils 1 in Ebene A entspricht, weist der U-förmige Querschnitt des Hohlprofils 1 gegenüber dessen Breite b1 in Ebene A eine größere Breite b2 in Ebene B auf. Die größere Breite b2 des Hohlprofils 1 in Ebene B ergibt sich insbesondere durch den größeren Biegeradius r2 der Enden 7 in Ebene B. Weiterhin weist die Wandung 6 des Hohlprofils 1 auf dessen der Sicke 3 gegenüberliegenden Außenseite einen zumindest bereichsweise geraden Verlauf auf.
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5 ist die Querschnittsform des Hohlprofils 1 aus 1 in Ebene C zu entnehmen. Gegenüber den Querschnittsformen des Hohlprofils 1 in Ebene A und B weist dieses in Ebene C sowohl eine größere Höhe h3 als auch eine größere Breite b3 auf. Insgesamt weist das Hohlprofil 1 im Bereich der Ebene C eine ovale Querschnittsform auf. Während dessen in Richtung der Querachse y gelegenen Bereiche der Wandung 6 einen gebogenen Verlauf aufweisen, sind die sich in Richtung der Hochachse z gegenüberliegenden Bereiche der Wandung 6 geradlinig und parallel zueinander ausgerichtet.
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6 zeigt einen Abschnitt des Hohlprofils 1 als Halbzeug im nicht umgeformten Zustand. Das Hohlprofil 1 ist hierbei in einen Formhohlraum 8 eines nur schematisch dargestellten Umformwerkzeugs 9 eingelegt. Das Umformwerkzeug 9 setzt sich insbesondere aus den schematisch dargestellten Geometrien eines Obergesenks 9a sowie eines Untergesenks 9b zusammen. Im Bereich des Endabschnitts 2a des Hohlprofils 1 ist weiterhin die Geometrie eines Dorns 10 sowie einer den Endabschnitt 2a zumindest bereichsweise umgreifenden Umformvorrichtung 11 schematisch dargestellt. Sowohl das Umformwerkzeug 9 als auch der Dorn 10 sowie die Umformvorrichtung 11 sind zur besseren Verdeutlichung zusammen mit dem Hohlprofil 1 in geschnittener Form dargestellt. Hierdurch wird insbesondere der Blick in das Innere des Hohlprofils 1 ermöglicht. Das Hohlprofil 1 wird hierbei beim Einlegen in das Umformwerkzeug 9 in nicht näher dargestellter Art und Weise über eine im Endabschnitt 2a gelegene Öffnung 12 mit einem flüssigen Medium gefüllt.
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7 zeigt einen in Richtung der Hochachse z verlaufenden ersten Schließvorgang Z1 des Umformwerkzeugs 9. Durch ein erstes begrenztes Absenken des Obergesenks 9a wird bereits ein Teilbereich 13 des Hohlprofils 1 im Bereich der späteren Sicke 3 vorgeformt. Hierfür wird das Umformwerkzeug 9 teilweise geschlossen. Neben der sich im direkten Kontakt mit dem Obergesenk 9a ergebenden Verformung der Wandung 6 wird auch die dem Obergesenk 9a gegenüberliegende und dem Untergesenk 9b zugewandte Wandung 6 zumindest bereichsweise in Richtung des Untergesenks 9b abgesenkt. Das Umformwerkzeug 9 steht hierbei nur bereichsweise mit den, Hohlprofil 1 in direktem Kontakt zu dessen Wandung 6.
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Entweder vor, parallel oder nach der Vorverformung des Teilbereichs 13 des Hohlprofils 1 wird der Endabschnitt 2a über die Umformvorrichtung 11 ovalisiert, wie in 5 dargestellt.
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Im Anschluss an den ersten Schließvorgang Z1 des Umformwerkzeugs 9 wird, wie in 7 ebenfalls dargestellt, das Hohlprofil im Bereich seines Endabschnitts 2a durch Einführen des Dorns 10 verschlossen. Während, vor oder nach dem Einführen des Dorns 10 in den Endabschnitt 2a des Hohlprofils 1 wird eine nicht näher dargestellte Stufe in den Endabschnitt 2a eingeprägt. Die Stufe dient zur Abdichtung des Dorns 10 innerhalb des Endabschnitts 2a des Hohlprofils 1. Die nicht näher dargestellte Stufe kann dabei so ausgestaltet sein, dass diese den Dorn 10 umfangsseitig umgreift oder dem Dorn 10 einen stirnseitigen Anschlag bietet.
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Über einen nicht näher dargestellten Kanal innerhalb des Dorns 10 wird der Druck des innerhalb des Hohlprofils 1 befindlichen und dieses vollständig ausfüllenden flüssigen Mediums auf einen Wert oberhalb des atmosphärischen Drucks erhöht. Der hierfür mit einer ebenfalls nicht näher dargestellten externen Druckquelle verbundene Kanal im Dorn 10 bewirkt, dass der Druck des flüssigen Mediums innerhalb des verschlossenen Hohlprofils 1 auf maximal 20 bar erhöht wird.
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8 verdeutlicht die sich im Zuge eines zweiten Schließvorgangs Z2 ergebende Verformung des Hohlprofils 1. Zur Verdeutlichung wurde hierbei auch die sich bereits durch den ersten Schließvorgang Z1 ergebende Form des vorgeformten Hohlprofils 1 mit eingeblendet. Hierbei bietet der innerhalb des Endabschnitts 2a eingeführte Dorn 10 zumindest bereichsweise eine Geometrie, an welche sich die Wandung 6 des Hohlprofils 1 während des zweiten Schließvorgangs Z2 anlegt.
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Bei Durchführung des zweiten Schließvorgangs Z2 ist das Hohlprofil 1 zusammen mit dem darin befindlichen flüssigen Medium verschlossen. Durch das weitere Absenken des Obergesenks 9a in Richtung der Hochachse z wird insbesondere die Sicke 3 ausgebildet. Weiterhin wird die der Sicke 3 gegenüberliegende Wandung des Hohlprofils 1 zumindest bereichsweise in die Geometrie des Untergesenks 9b hinein verformt. Insbesondere während des zweiten Schließvorgangs Z2 weist das Umformwerkzeug 9 nur bereichsweise einen Kontakt zur Wandung 6 des Hohlprofils 1 auf. Mit anderen Worten wird die Wandung 6 des Hohlprofils 1 während des zweiten Schließvorgangs Z2 nicht vollständig durch das Obergesenk 9a oder das Untergesenk 9b des Umformwerkzeugs 9 berührt, sondern weist hier bereichsweise keinerlei Kontakt zu diesem auf.
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Durch die sich zwangsläufig während des zweiten Schließvorgangs Z2 einstellende Volumenänderung innerhalb des Hohlprofils 1 folgt eine entsprechende Druckerhöhung des flüssigen Mediums. Der Druck wird über ein nicht näher dargestelltes und an dem Dorn 10 angeordnetes Druckhaltemittel beispielsweise auf maximal 500 bar begrenzt. Hierfür wird ein gegenüber dem sich während der Umformungen verändernden Innenvolumen des Hohlprofils 1 ergebende Volumenüberschuss an flüssigem Medium während des zweiten Schließvorgangs Z2 über das Druckhaltemittel kontrolliert aus dem Hohlprofil 1 abgelassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hohlprofil
- 1a
- Hohlprofil
- 2a
- Endabschnitt
- 2b
- Endabschnitt
- 3
- Sicke
- 3a
- Grund
- 4
- Mittelteil
- 5
- Falte
- 6
- Wandung
- 6a
- Dicke
- 7
- Ende
- 8
- Formhohlraum
- 9
- Umformwerkzeug
- 9a
- Obergesenk
- 9b
- Untergesenk
- 10
- Dorn
- 11
- Umformvorrichtung
- 12
- Öffnung
- 13
- Teilbereich
- A
- Ebene
- B
- Ebene
- C
- Ebene
- b1
- Breite
- b2
- Breite
- b3
- Breite
- h1
- Höhe
- h2
- Höhe
- h3
- Höhe
- r1
- Biegeradius
- r2
- Biegeradius
- x
- Längsachse
- y
- Querachse
- z
- Hochachse
- Z1
- erster Schließvorgang
- Z2
- zweiter Schließvorgang
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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