DE102018124982A1

DE102018124982A1 - Verfahren zum Kalibrieren eines metallischen Hohlkammerprofils sowie Hohlkammerprofil

Info

Publication number: DE102018124982A1
Application number: DE102018124982.9A
Authority: DE
Inventors: Povl Erik Marcussen
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2018-10-10
Filing date: 2018-10-10
Publication date: 2020-04-16
Also published as: CN111014357A; CN111014357B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalibrieren eines metallischen Hohlkammerprofils (1) mit folgenden Verfahrensschritten:a) Bereitstellen eines metallischen Hohlkammerprofils (1) mit zwei offenen Endbereichen (2, 3) und einem dazwischenliegenden Mittelbereich (4), wobei das Hohlkammerprofil (1) wenigstens eine sich über seine gesamte Längsausdehnung erstreckende Hohlkammer (5, 6, 7, 8, 9, 10) aufweist,b) Einlegen des Hohlkammerprofils (1) in eine Kavität (11) eines offenen Presswerkzeugs (12),c) Einführen von aufweitbaren Innenwerkzeugen (13, 14, 15 ,16 ,17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24) in die wenigstens eine Hohlkammer (5, 6, 7, 8, 9, 10) in den beiden Endbereichen (2, 3) des Hohlkammerprofils (1),d) Schließen des Presswerkzeugs (12) bei gleichzeitigem Aufweiten der in den Endbereichen (2, 3) des Hohlkammerprofils (1) in der wenigstens einen Hohlkammer (5, 6, 7, 8, 9, 10) angeordneten aufweitbaren Innenwerkzeugen (13, 14, 15 ,16 ,17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24),e) Strecken des Mittelbereichs (4) des Hohlkammerprofils (1) in dem Presswerkzeug (12) entlang einer Längsachse des Hohlkammerprofils (1) um bis zu 3% der Länge des Mittelbereichs (4), wobei das Presswerkzeug (12) weiter geschlossen und die in den Endbereichen (2, 3) des Hohlkammerprofils (1) in der wenigstens einen Hohlkammer (5, 6, 7, 8, 9, 10) angeordneten Innenwerkzeuge (13, 14, 15,16,17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24) aufgeweitet bleiben,f) Zurückführen des Aufweitens der Innenwerkzeuge (13, 14, 15 ,16 ,17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24) sowie deren Herausführen aus der wenigstens einen Hohlkammer (5, 6, 7, 8, 9, 10) des Hohlkammerprofils (1),g) Öffnen des Presswerkzeugs (12),h) Entnahme des nunmehr kalibrierten Hohlkammerprofils (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalibrieren eines metallischen Hohlkammerprofils sowie ein Hohlkammerprofil.
Im Automobil und Kraftfahrzeugbau werden heute für viele Anwendungen Profile, insbesondere auch Hohlkammerprofile, aus Aluminium oder Stahllegierungen als Material für Böden und Wände verwendet, die miteinander gefügt werden müssen. Dabei kann beispielsweise ein Innenraum zur Aufnahme von Batterien oder dergleichen mehr bereitgestellt werden. Der Innenraum wird dabei durch einen Deckel und eine Dichtung fluiddicht verschlossen. Auch der Boden und die Wände aus je einem oder mehreren Profilen, insbesondere Hohlkammerprofilen, sind fluiddicht miteinander gefügt, beispielsweise durch Reibrührschweißen oder Kaltpressfügen.
Aufgrund der großen Abmessungen der Behälter von teilweise mehreren Quadratmetern ergibt sich bei der Fertigung von Hohlkammerprofilen für derartige Anwendungen die Herausforderung, dass Herstelltoleranzen der Hohlkammerprofile, insbesondere Wanddicken, Außenabmessungen und dergleichen, aus einem Strangpressprozess beziehungsweise Extrusionsprozess oder im Falle von Stahlmaterialien auch aus dem Rollformprozess relativ groß sind, sodass eine Kopplung der Einzelteile miteinander beziehungsweise deren Fügen erschwert ist. Dadurch werden heute durch zeit- und kostenintensive, spanende Bearbeitung der Fügebereiche, insbesondere bei als Hohlkammerprofilen ausgebildeten Rahmenprofilen, die großen Toleranzen reduziert beziehungsweise kompensiert. Dabei bewirkt das erforderliche Aufmaß der Profile auch ein höheres Gesamtgewicht, da die Wandstärke, höher als für die Betriebsfestigkeit notwendig, gewählt werden muss. Dies ist sowohl ökonomisch als auch ökologisch fragwürdig.
Alternativ ist es auch bekannt, dass die Profile insbesondere vor dem Fügen in einer Spannvorrichtung zueinander ausgerichtet und in die Fügelage positioniert und sodann gefügt werden. Nachteilig ist dabei aber das Einbringen von hohen Eigenspannungen, die sich nachteilig auf Haltbarkeit und Crasheigenschaften der so hergestellten Teile, beispielsweise eines Batteriebehälters, auswirken können.
Vielfach müssen auch Toleranzausgleichelemente an derartig miteinander zu fügenden Profilen angeordnet werden, um die wenig maßhaltig gefügten Profile beispielsweise mit Innenquerwänden oder Innenlängswänden zu verbinden.
Aus der EP 1 534 443 B1 ist zudem ein Verfahren zum Herstellen von Strukturbauteilen aus einem Aluminiumstrangpressprofil im Bereich des Kraftfahrzeugbaus bekannt. Um die Genauigkeit hinsichtlich der Abmessungen des Profilquerschnitts zu erhöhen, wird dort vorgeschlagen, die noch heißen Strangpressprofile bei Aufrechterhaltung der Temperatur in einem Warmumformprozess, insbesondere mittels Innenhochdruckumformung, schmieden oder prägen im Bereich ihrer offenen Profilenden bezüglich der Genauigkeit des Profilquerschnittes zu optimieren. Auch dies ist sowohl ökonomisch als auch ökologisch fragwürdig.
Ferner ist es aus der US 9,370,811 B2 bekannt, ein extrudiertes Rohr zur Verwendung im Fahrzeugbau derart zu kalibrieren, dass das extrudierte Rohr in die Kavität eines Kalibrierwerkzeuges angeordnet wird, wobei an den Enden Klammern angebracht sind, welche das Rohr in longitudinaler Richtung bis zu 4% strecken und dabei ein entsprechendes Kalibrieren vornehmen, bei dem Verwindungen und andere Deformationen reduziert beziehungsweise eliminiert werden sollen. Allerdings lassen sich dadurch nicht oder nur ungenügend die Profilquerschnitte der offenen Endbereiche der Profile bezüglich Ihrer Passgenauigkeit beim nachfolgenden Fügen anpassen.
Alle bekannten Verfahren zur Verringerung der Toleranzen derartiger Hohlkammerprofile sind daher noch nicht zufriedenstellend, sodass weitere Verbesserungen notwendig sind.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Kalibrieren eines metallischen Hohlkammerprofils sowie ein entsprechendes Hohlkammerprofil zur Verfügung zu stellen, bei dem die bei der Herstellung des Hohlkammerprofils auftretenden Toleranzen weiter reduziert beziehungsweise sogar beseitigt werden.
Verfahrensmäßig wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Kalibrieren eines metallischen Hohlkammerprofils mit allen Merkmalen des Patentanspruchs 1. Bezüglich des Hohlkammerprofils selbst, wird diese Aufgabe gelöst durch ein Hohlkammerprofil mit allen Merkmalen des Patentanspruchs 5. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Kalibrieren eines metallischen Hohlkammerprofils weist dabei folgende Verfahrensschritte auf:

a) Bereitstellen eines hergestellten metallischen Hohlkammerprofils mit zwei offenen Endbereichen und einem dazwischenliegenden Mittelbereich, wobei das Hohlkammerprofil wenigstens eine sich über seine gesamte Längsausdehnung erstreckende Hohlkammer aufweist,
b) Einlegen des Hohlkammerprofils in eine Kavität eines offenen Presswerkzeugs,
c) Einführen von aufweitbaren Innenwerkzeugen in die wenigstens eine Hohlkammer in den beiden Endbereichen des Hohlkammerprofils,
d) Schließen des Presswerkzeugs bei gleichzeitigem Aufweiten der in den Endbereichen des Hohlkammerprofils in der wenigstens einen Hohlkammer angeordneten aufweitbaren Innenwerkzeugen,
e) Strecken des Mittelbereichs des Hohlkammerprofils in dem Presswerkzeug entlang einer Längsachse des Hohlkammerprofils um bis zu 3% der Länge des Mittelbereichs, wobei das Presswerkzeug weiter geschlossen und die in den Endbereichen des Hohlkammerprofils in der wenigstens einen Hohlkammer angeordneten Innenwerkzeugen aufgeweitet bleiben,
f) Zurückführen des Aufweitens der Innenwerkzeuge sowie deren Herausführen aus der wenigstens einen Hohlkammer des Hohlkammerprofils,
g) Öffnen des Presswerkzeugs,
h) Entnahme des nunmehr kalibrierten Hohlkammerprofils.

Kernidee der Erfindung ist dabei, dass die Hohlkammerprofile lokal in Fügebereichen durch gezielt eingebrachte, lokale plastische Verformungen in wenigstens einem Wandabschnitt kalibriert werden. Die Wandabschnitte sind dabei die beiden offenen Endbereiche des Hohlkammerprofils, welches wenigstens eine sich über seine gesamte Längsausdehnung erstreckende Hohlkammer aufweist, und werden derart nach Einlegen des Hohlkammerprofils in eine Kavität eines offenen Presswerkzeuges und dem Einführen von aufweitbaren Innenwerkzeugen in die wenigstens eine Hohlkammer in den beiden Endbereichen des Hohlkammerprofils derart verformt, dass der Profilquerschnitt der beiden Endbereiche auf ein deutlich engeres Toleranzband gebracht wird, in dem der Abstand der Außenwände zueinander und die Winkellage eingestellt werden.
Hierzu wird das Presswerkzeug geschlossen und von außen eine Kraft auf das Hohlkammerprofil aufgebracht, während mittels der Innenwerkzeuge durch deren Aufweiten von innen eine Kraft in die Endbereiche des Hohlkammerprofils beziehungsweise der einzelnen Hohlkammern aufgebracht wird. Um dabei eine eventuelle Eigenspannung im Mittelbereich des Hohlkammerprofils zu reduzieren, wird während des Aufweitens der Innenwerkzeuge und während das Presswerkzeug geschlossen ist, ein Strecken des Mittelbereichs des Hohlkammerprofils in dem Presswerkzeug entlang einer Längsachse des Hohlkammerprofils um bis zu 3% der Länge des Mittelbereiches durchgeführt. Hierdurch werden Eigenspannungen innerhalb des Mittelbereiches des Hohlkammerprofils weiter reduziert und somit der Profilquerschnitt in den Endbereichen ebenfalls auf ein deutlich engeres Toleranzband gebracht.
Das Kalibrieren kann dabei im einfachsten Fall durch mechanische Bearbeitung in Form von relativ zueinander verschiebbaren Innen- und Außenwerkzeugen vorgenommen werden. Dabei wird als Außenwerkzeug das schon beschriebene und eine Kavität zum Einlegen eines Hohlkammerprofils aufweisende Presswerkzeug verwendet, während als Innenwerkzeuge beispielsweise entsprechend aufweitbare Dorne verwendet werden. Das zu kalibrierende Hohlkammerprofil wird nach seiner eigentlichen Herstellung durch Strangpressen, Extrudieren oder Rollformen und einem entsprechenden Längenzuschnitt in das entsprechende Presswerkzeug eingelegt, sodass dieses Presswerkzeug das Hohlkammerprofil wenigstens abschnittsweise, vorteilhafterweise vollständig umschließt. Ein oder mehrere Innenwerkzeuge in Form von aufweitbaren Dornen werden dann wenigstens abschnittsweise in die Endbereiche des Hohlkammerprofils eingebracht, sodass zumindest die Fügebereiche des Hohlkammerprofils zwischen beiden Werkzeugen angeordnet sind. Danach werden durch entsprechende Antriebe die Werkzeuge aufeinander zubewegt, indem das Presswerkzeug geschlossen und die Innenwerkzeuge in Form der Dornen aufgeweitet werden. Dabei werden der oder die entsprechenden Wandbereiche in den Endbereichen, die zum nachfolgenden Fügen des Hohlkammerprofils mit anderen Bauteilen dienen, plastisch verformt.
Dabei kommen bevorzugt mehrteilige keilförmige Innenwerkzeuge, beispielsweise in Form von aufweitbaren Dornen zum Einsatz, die durch Verlagerung in Profillängsrichtung eine Verformung des wenigstens einen Wandabschnitts des Endbereiches des Hohlkammerprofils nach außen bewirken. Besonders bevorzugt findet dabei dieses mechanische kalibrieren in dem Presswerkzeug statt, welches als Außenwerkzeug dient und im geschlossenen Zustand die Sollgeometrie im Außenbereich der Endbereiche des Hohlkammerprofils nach dem Kalibrieren definiert. Die als Dorne ausgebildeten Innenwerkzeuge sind dabei als präzisionsgefertigte und aufweitbare Innendorne ausgebildet, damit die gewünschte Sollgeometrie im Innenbereich der wenigstens einen Hohlkammer des Hohlkammerprofils in den Endbereichen des Hohlkammerprofils hergestellt werden kann.
Die als Innenwerkzeuge verwendeten aufweitbaren Dorne werden nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung über einen Keilschiebemechanismus, insbesondere über einen zweifachen Keilschiebemechanismus aufgeweitet.
Um entsprechende Fügebereiche in einem derartig engen Toleranzband zu erzielen, ist es dabei vorteilhaft, dass die aufweitbaren Innenwerkzeuge mindestens 20 mm in die entsprechenden Hohlkammern des Hohlkammerprofils eingeführt werden. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass das gewünschte engere Toleranzband für den Profilquerschnitt im Endbereich des Hohlkammerprofils, der zum Fügen mit anderen Bauteilen dient, erzielt werden kann.
Besonders vorteilhaft lässt sich dieses erfindungsgemäße Verfahren dann anwenden, wenn Hohlkammerprofile mit einem kastenartigen Profilquerschnitt verwendet werden. Hierbei können die zu kalibrierenden Endbereiche in Form von ebenen Wänden besonders einfach kalibriert werden, da auch keine aufwendigen Kalibrierwerkzeuge in Form von besonderen Geometrien für die Innenwerkzeuge beziehungsweise Dorne und auch des Presswerkzeuges bereitgestellt werden müssen. Die Innenwerkzeuge beziehungsweise Dorne weisen dann ebenfalls eine einfache kastenförmige Geometrie in ihrem Querschnitt auf.
Das erfindungsgemäße Hohlkammerprofil, welches insbesondere mit einem erfindungsgemäßen Verfahren kalibriert wurde, weist zwei offene Endbereiche und einen dazwischen liegenden Mittelbereich auf. Das Hohlkammerprofil weist weiterhin wenigstens eine sich über seine gesamte Längsausdehnung erstreckende Hohlkammer auf. Erfindungsgemäß weist nunmehr der Mittelbereich des Hohlkammerprofils eine Außenwandstärke auf, welche von seiner senkrecht zu einer Längsebene des Hohlkammerprofils stehenden Mittelebene zu den beiden Endbereichen des Hohlkammerprofils hin stärker wird. Alternativ oder zusätzlich weist das Hohlkammerprofil in seinen Endbereichen einen Außenumfang auf, der wenigstens 1 % und höchstens 3% größer ist als der Außenumfang des Hohlkammerprofils in seinem Mittelbereich.
Diese kennzeichnenden Merkmale bezüglich der Außenwandstärke des Mittelbereichs und der Endbereiche sowie des Außenumfangs des Mittelbereichs beziehungsweise der Endbereiche des Hohlkammerprofils werden durch das erfindungsgemäße Kalibrieren des Hohlkammerprofils erreicht. Während des Kalibrierens wird nämlich die Außenwandstärke im Mittelbereich des Hohlkammerprofils im Bereich der Mittelebene stärker reduziert als in dem zu den Endbereichen angrenzenden Bereichen des Mittelbereichs, sodass die Außenwandstärke des Mittelbereichs im Bereich der Mittelebene am schmalsten ist. Die Wandstärke der Endbereiche wird während des Streckens nicht mehr oder nur vernachlässigbar wenig verändert. Eine Veränderung beziehungsweise Reduzierung der Wandstärke in den Endbereichen findet während des Aufweitens durch die Innenwerkzeuge statt.
Durch Strecken wird zudem erreicht, dass der Außenumfang des Mittelbereichs geringer ist als der Außenumfang der Endbereiche des Hohlkammerprofils. In vorteilhafter Weise hat sich herausgestellt, dass ein besonders gutes Toleranzband des Profilquerschnitts in den Endbereichen des Hohlkammerprofils erreicht werden kann, wenn der Außenumfang der Endbereiche wenigstens 1 % und höchstens 3% größer ist als der Außenumfang des Hohlkammerprofils in seinem Mittelbereich und dabei auch eine besonders gute Stabilität des Hohlkammerprofils gegeben ist. Durch das Strecken, welches diesen Einfluss auf die Außenwandstärke und die Außenumfänge des Hohlkammerprofils bewirkt, lässt sich auch die Länge des gesamten Hohlkammerprofils während des Streckens des Mittelbereiches des Hohlkammerprofils sehr exakt einstellen, sodass auch der Toleranzbereich beziehungsweise das Toleranzband hinsichtlich der Länge der Hohlkammerprofile sehr gering gehalten werden kann.
Besonders vorteilhaft ist es dabei, dass die Außenwandstärke des Mittelbereichs des Hohlkammerprofils von seiner senkrecht zu einer Längsebene des Hohlkammerprofils stehenden Mittelebene zu den beiden Endbereichen des Hohlkammerprofils hin kontinuierlich stärker wirkt.
Um in den Endbereichen die entsprechende Genauigkeit zu erhalten und ein entsprechendes Kalibrieren zu ermöglichen, ist es besonders vorteilhaft, wenn die Endbereiche sich mindestens 50 mm in die wenigstens eine Hohlkammer des Hohlkammerprofils erstrecken. Derartige Endbereiche sind besonders geeignet, um entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren kalibriert zu werden und einen entsprechenden Fügebereich zum Fügen mit anderen Bauteilen zur Verfügung zu stellen. Je nach Größe der entsprechenden Hohlkammerprofile können diese Endbereiche sich natürlich deutlich weiter als 50 mm in die wenigstens eine Hohlkammer des Hohlkammerprofils erstrecken.
Besonders vorteilhaft ist dabei, dass das Aufweiten der in den Endbereichen des Hohlkammerprofils in der wenigstens einen Hohlkammer angeordneten aufweitbaren Innenwerkzeugen durch ein axiales Verschieben der Innenwerkzeuge mindestens bis zu einer Tiefe von 5 mm in der wenigstens einen Hohlkammer bei geschlossenem Presswerkzeug erfolgt. Insbesondere bei mehrteiligen Innenwerkzeugen erfolgt durch ein derartiges Verschieben ein Aufweiten beziehungsweise Spreizen des jeweiligen Innenwerkzeuges. Hierdurch erfolgt eine besonders effektive Einstellung der Sollgeometrie der wenigstens einen Hohlkammer in den Endbereichen des Hohlkammerprofils.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Mittelbereich dabei in seiner Längserstreckung eine Ausdehnung auf, welche wenigstens 60% der Ausdehnung eines der Endbereiche in ihrer Längserstreckung entspricht. Hierdurch ist erreicht, dass das erfindungsgemäße Hohlkammerprofil während des erfindungsgemäßen Kalibrierverfahrens im Mittelbereich entsprechend gestreckt werden kann, ohne eine nicht mehr zu akzeptierende Schwächung zu erfahren. Hierdurch ist weiterhin erreicht, dass das Hohlkammerprofil seine notwendige Stabilität und auch seine Deformationseigenschaften aufrechterhält.
Besonders vorteilhaft ist es weiterhin, wenn das Hohlkammerprofil bezüglich der senkrecht zu einer Längsachse des Hohlkammerprofils stehenden Mittelebene des Mittelbereichs symmetrisch, insbesondere spiegelsymmetrisch ausgebildet ist. Hierbei können während des Kalibrierens entsprechende Kräfte in den Endbereichen beim Aufweiten und im Mittelbereich beim Strecken eingebracht werden, wo die Kräfte zum Strecken bezüglich der Mittelebene des Mittelbereichs in Richtung der Endbereiche ebenfalls symmetrisch beziehungsweise betragsmäßig identisch, jedoch mit entgegengesetztem Richtungsvektor versehen sind.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass das Hohlkammerprofil über seine Längserstreckung einen kastenartigen Profilquerschnitt aufweist, wobei das Hohlkammerprofil eine erste und zweite Seitenwand aufweist, die über eine obere und eine untere Wand miteinander verbunden sind. Derartige Kastenquerschnitte von Hohlprofilen lassen sich verfahrenstechnisch einfach handhaben, was insbesondere beim Kalibrieren der Endbereiche und beim Strecken des Mittelbereichs von Vorteil ist, da dann besonders effektiv und einfach die Toleranzeigenschaften im Endbereich und im Mittelbereich durch das entsprechende Kalibrieren eingestellt werden können.
Besonders vorteilhaft ist es weiterhin, dass eine durch die jeweilige Seitenwand im ersten Endbereich aufgespannte Ebene mit einer durch dieselbe Seitenwand aufgespannte Ebene des zweiten Endbereichs einen Winkel bildet, der kleiner als 1° ist, insbesondere kleiner 0,5° ist und besonders bevorzugt 0,0 ° ist. Derartige Winkel lassen sich bei kastenförmigen Hohlkammerprofilen ohne Krümmung in besonders guter Weise mittels des erfindungsgemäßen Kalibrierverfahrens einstellen, sodass bei diesen Geometrien die Endbereiche sehr geringe Toleranzbreiten in einem sehr geringen Toleranzband aufweisen und somit die weitere Verarbeitung insbesondere ein nachfolgendes Fügen der Hohlkammerprofile mit anderen Bauteilen erleichtert ist. Insbesondere treten dann während der Verwendung derartiger Hohlkammerprofile und entsprechenden Baugruppen keine oder nur sehr geringe Eigenspannungen innerhalb des Hohlkammerprofils auf, sodass die Gefahr eines Verschleißes beziehungsweise eines Versagens eines entsprechenden Hohlkammerprofils deutlich minimiert ist. Derartige ausgestaltete Hohlkammerprofile sind insbesondere hinsichtlich einer Krümmung und einer Verdrillung optimiert.
In die gleiche Richtung zielt die Ausgestaltung des Hohlkammerprofils, wobei eine durch die jeweilige Seitenwand im ersten Endbereich aufgespannte Ebene mit einer durch die andere Seitenwand aufgespannte Ebene des zweiten Endbereichs einen Winkel bildet, der kleiner ist als 1°, insbesondere kleiner als 0,5°, wobei besonders bevorzugt beide Ebenen parallel zueinander liegen. Derartige ausgestaltete Hohlkammerprofile sind dabei ebenfalls insbesondere hinsichtlich einer Krümmung und einer Verdrillung optimiert.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass wenigstens eine der Seitenwände und/oder eine der unteren oder oberen Wand wenigstens eines Endbereichs eine Funktionsfläche zur Kopplung des Hohlkammerprofils an ein weiteres Bauteil aufweist. Derartige Funktionsflächen sind besonders vorteilhaft um das erfindungsgemäße Hohlkammerprofil mit anderen Bauteilen in einer Bauteilgruppe zu verbinden, wobei die Bauteilgruppe insbesondere zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug vorgesehen ist.
Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn diese Funktionsfläche eine Öffnung, Durchstellung, Vertiefung, Erhebung oder dergleichen aufweist, um das Hohlkammerprofil mit anderen Bauteilen zu verbinden.
Damit eine besonders einfache Handhabung des Hohlkammerprofils während seiner Verarbeitung gegeben ist, ist es vorgesehen, dass wenigstens eine der Seitenwände und/oder eine der unteren oder oberen Wand wenigstens eine Reibungsfläche mit wenigstens einer lokalen Vertiefung mit einer Tiefe zwischen 0,1 mm und 0,4 mm aufweist. Derartige Vertiefungen eignen sich nämlich besonders gut dafür, dass das Hohlkammerprofil von Werkzeugen gegriffen und bewegt werden kann, sodass ein reibungsloses Verarbeiten beziehungsweise Handhaben des Hohlkammerprofils sowohl vor, während und nach dem Kalibrierprozess gewährleistet ist. Weiterhin kann eine derartige Vertiefung in der Reibfläche gleichzeitig als Hinterschnitt und/oder Formschluss beim Einstrecken von Bauteilen in die wenigstens eine kalibrierte Hohlkammer des Hohlkammerprofils dienen.
Besonders vorteilhaft ist dabei, dass die Reibungsfläche außerhalb der Funktionsfläche liegt, damit die Reibungsfläche keine Behinderung oder Schwächung des Fügebereichs im Bereich der Funktionsfläche darstellen kann. Dabei kann insbesondere die Innenfläche der wenigstens einen kalibrierten Hohlkammer des Hohlkammerprofils als Reibungsfläche und deren Außenfläche(n) zum Fügen dienen.
Vorteilhaft für die weitere Verwendung des Hohlkammerprofils in entsprechenden Bauteilen bzw. Bauteilgruppen ist zudem, dass das Hohlkammerprofil in wenigstens einem Endbereich und/oder im Mittelbereich eigenspannungsfrei ausgebildet ist.
Weitere Ziele, Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
Es zeigen:

1: ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hohlkammerprofils in einer Seitenansicht,
2: das Hohlkammerprofil der 1 in einer Querschnittdarstellung,
3: ein Presswerkzeug zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor dem Kalibrieren eines Hohlkammerprofils in einer perspektivischen Ansicht,
4: das Presswerkzeug der 3 in einer Seitenansicht vor dem Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens und
5: das Presswerkzeug der 3 während des Durchführens des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer Seitenansicht.

In den 1 und 2 ist ein erfindungsgemäßes Hohlkammerprofil 1 dargestellt. Dabei zeigt die Darstellung der 1 das Hohlkammerprofil 1 in einer Seitenansicht, während die Darstellung der 2 dieses Hohlkammerprofil 1 in einer Querschnittdarstellung zeigt.
Das Hohlkammerprofil 1 weist dabei einen kastenförmigen Profilquerschnitt auf. Dabei sind Seitenwände 26 und 27 des Hohlkammerprofils 1 an ihren Enden über eine obere Wand 28 und eine untere Wand 29 miteinander verbunden. Innerhalb des Hohlkammerprofils 1 sind dabei sechs Hohlkammern 5, 6, 7, 8, 9 und 10 angeordnet. Diese Hohlkammern 5 bis 10 weisen im vorliegenden Ausführungsbeispiel einen identischen, kastenförmigen, im Wesentlichen quadratischen Querschnitt auf.
Über seine Längserstreckung ist das Hohlkammerprofil 1 mit einem Mittelbereich 4 ausgebildet, an dessen Ende sich jeweils ein entsprechender Endbereich 2 beziehungsweise 3 des Hohlkammerprofils 1 anschließt. Bezüglich einer Mittelebene 25, die senkrecht zur Längserstreckung des Hohlkammerprofils 1 angeordnet ist, ist das Hohlkammerprofil 1 dieses Ausführungsbeispiels spiegelsymmetrisch ausgebildet. In seinen Endbereichen 2 und 3 weist das Hohlkammerprofil 1 Fügebereiche 30 auf, mit welchen es an entsprechende Bauteile in einer Bauteilgruppe gefügt werden kann, in welcher es zum Einsatz kommen soll.
Das Hohlkammerprofil 1 der 1 und 2 wird je nach Ausgangsmaterial mittels eines Strangpressverfahrens oder Rollformens hergestellt. Dabei bietet sich das Strangpressen zur Herstellung von Hohlkammerprofilen aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen an, während das Rollformen für Hohlkammerprofile aus unterschiedlichen Stählen besser geeignet ist. All diesen Herstellungsverfahren für die Hohlkammerprofile ist allerdings gemein, dass die Herstellungstoleranzen der Profile insbesondere in ihren Endbereichen relativ groß sind, sodass das nachfolgende Fügen in den Bauteilgruppen, in denen sie verwendet werden sollen, erschwert ist. Daher muss ein Hohlkammerprofil 1, wie es beispielsweise in den 1 und 2 dargestellt ist, noch kalibriert werden, damit es in diesen Bauteilegruppen in einfacher Weise angeordnet und mit weiteren Bauteilen gefügt werden kann, ohne dass Eigenspannungen in dem Hohlkammerprofil 1 oder anderen Bauteilen der Bauteilgruppe auftreten.
Ein derartiges Kalibrieren ist in den 3 bis 5 gezeigt. Um ein derartiges Kalibrieren durchzuführen, wird das Hohlkammerprofil 1 in eine Kavität 11 eines Presswerkzeuges 12 eingelegt. Nach dem Einlegen des Hohlkammerprofils 1 in die Kavität 11 des Presswerkzeuges 12 werden in die Hohlkammern 5 bis 10 in beiden Endbereichen 2 und 3 des Hohlkammerprofils 1 Innenwerkzeuge 13 bis 25 eingefügt. Dabei werden in die Hohlkammern 5 bis 6 im Endbereich 2 die Innenwerkzeuge 13 bis 18 und im Endbereich 3 die Innenwerkzeuge 19 bis 24 eingeführt, wobei in den 4 und 5 die Innenwerkzeuge 13, 15 und 17 durch die Innenwerkzeuge 14, 16 und 18 und die Innenwerkzeuge 19, 21 und 23 durch die Innenwerkzeuge 20, 22 und 24 verdeckt sind. Diese Innenwerkzeuge 13 bis 24 sind im vorliegenden Fall als hochpräzisionsgeformte aufweitbare Dorne 13 bis 24 ausgebildet, welche im Innern der Hohlkammern 5 bis 10 aufgeweitet werden können. Dazu weisen die Innenwerkzeuge beziehungsweise Dorne 13 bis 24 Keilmechanismen 31 und 32 auf, mit denen ein Aufweiten derselben erfolgen kann. Vorliegend sind diese Keilmechanismen 31 und 32 zweiteilig aufgebaut, wobei nachfolgend der Aufbau für die in die Hohlkammern 5 bis 10 im Endbereich 2 eingebrachten Innenwerkzeuge 13 bis 18 beschrieben wird. Für die Innenwerkzeuge 19 bis 24 in den Hohlkammern 5 bis 10 im Endbereich 3 des Hohlkammerprofils 1 ist der Mechanismus identisch. Der Keilmechanismus 31 weist nämlich einen auf einem unteren Keil 39 verschiebbaren Keil 40 auf. Wird der Keil 40 nunmehr auf dem Keil 39 verschoben, werden die Innenwerkzeuge 13 bis 18, nach dem Schließen des Presswerkzeuges 12 in den Hohlkammern 5 bis 10 des Hohlkammerprofils 1 in dessen Endbereich 2 entsprechend verschoben und innerhalb dieser Hohlkammern mittels eines weiteren Keilmechanismus aufgeweitet. Durch dieses Aufweiten wird der Außenumfang des Hohlkammerprofils 1 im Endbereich 2 an die Innenkontur des Presswerkzeugs 12 angepasst, während die Innenkontur der Hohlkammern 5 bis 10 an die Außenkontur der Innenwerkzeuge beziehungsweise Dorne 13 bis 19 angepasst wird. Hierdurch wird das Toleranzband beziehungsweise der Toleranzbereich für den Profilquerschnitt im Endbereich 2 reduziert beziehungsweise die Querschnitte der entsprechenden Hohlkammern 5 bis 10 an die gewünschte Form angepasst.
Während die 3 das Presswerkzeug 12, welches dort bereits geschlossen ist, vor dem Aufweiten der Innenwerkzeuge beziehungsweise Dorne 13 bis 18 in den Hohlkammern 5 bis 10 zeigt, ist in der Seitenansicht des Presswerkzeugs 12 gemäß 4 ein Aufweiten dieser Innenwerkzeuge beziehungsweise Dorne 13 bis 18 bereits erfolgt. In der Seitenansicht der 4 wurde dabei auf die Darstellung der Keilmechanismen 31 und 32 mit den Keilen 39 und 40 beziehungsweise 41 und 42 verzichtet, um deutlich zu machen, dass zum Aufweiten der Innenwerkzeuge beziehungsweise Dorne 13 bis 18 diese nur minimal in Richtung der Hohlkammern 5 bis 10 verschoben werden und noch aus den Hohlkammern 5 bis 10 herausragen. Bei geschlossenem Presswerkzeug 12 wird durch das Aufweiten der Innenwerkzeuge beziehungsweise Dorne 13 bis 24 allerdings erreicht, dass die Endbereiche 2 und 3 des Hohlkammerprofils 1 im Presswerkzeug fest eingeklemmt sind. Die Endbereiche werden dabei gezielt plastisch verformt.
Das Presswerkzeug 12 ist weiterhin zweigeteilt ausgebildet, wobei diese beiden Teile des Presswerkzeugs 12 mittels entsprechender Keile 35 und 38 gegeneinander verschoben werden können, sodass ein in das Presswerkzeug 12 eingelegtes Hohlprofil 1 in seinem Mittelbereich 4 nunmehr gestreckt wird, während das Hohlprofil 1 in seinen Endbereichen 2 und 3 durch die Klemmung im Wesentlichen keine Streckung erfährt.
Zum Strecken des Hohlkammerprofils1 gleitet dabei auf einer Seite des Presswerkzeugs 12 ein Keil 35 an keilförmigen Flächen von Seitenwänden 33 und 34 der beiden Teile des Presswerkzeugs 12 ab, während auf der anderen Seite des Presswerkzeugs entsprechend ein Keil 38 auf keilförmigen Flächen der Seitenwände 36 und 37 der beiden Teile des Presswerkzeugs 12 abgleitet. Hierdurch werden die beiden Teile des Presswerkzeugs 12 des Mittelbereichs 4 des in die Kavität 11 des Presswerkzeugs 12 eingelegten Hohlkammerprofils 1 gestreckt. In der 4 ist das Presswerkzeug 12 dabei vor dem Strecken des Mittelbereichs 4 des Hohlkammerprofils 1 gezeigt, während in der 5 das Presswerkzeug 12 nach dem Strecken des Hohlkammerprofils 1 dargestellt ist, wobei die Keile 35 und 38 vollständig, gegebenenfalls sogar bis zu einem Endanschlag an den Flächen der Seitenwände 33 bis 37 des Presswerkzeugs 12 abgeglitten sind.
Nach dem Strecken kann das nunmehr so kalibrierte Hohlkammerprofil 1 aus dem Presswerkzeug 12 nach dessen Öffnen entnommen werden und seiner weiteren Verwendung zugeführt werden. Hierbei ist das Hohlkammerprofil 1 nunmehr in seinen Endbereichen derart kalibriert, dass es dort in seiner Geometrie einen sehr engen Toleranzbereich beziehungsweise ein sehr enges Toleranzband aufweist, sodass beim nachfolgenden Verarbeiten insbesondere Fügen mit weiteren Bauteilen keine Probleme in Form von Passungenauigkeiten und auch keine Eigenspannungen innerhalb des Hohlkammerprofils 1 selbst beziehungsweise durch dieses in der Baugruppe, in der es verbaut ist, auftreten.
Bezugszeichenliste

1: Hohlkammerprofil
2: Endbereich
3: Endbereich
4: Mittelbereich
5: Hohlkammer
6: Hohlkammer
7: Hohlkammer
8: Hohlkammer
9: Hohlkammer
10: Hohlkammer
11: Kavität
12: Presswerkzeug
13: Innenwerkzeug, Dorn
14: Innenwerkzeug, Dorn
15: Innenwerkzeug, Dorn
16: Innenwerkzeug, Dorn
17: Innenwerkzeug, Dorn
18: Innenwerkzeug, Dorn
19: Innenwerkzeug, Dorn
20: Innenwerkzeug, Dorn
21: Innenwerkzeug, Dorn
22: Innenwerkzeug, Dorn
23: Innenwerkzeug, Dorn
24: Innenwerkzeug, Dorn
25: Mittelebene
26: Seitenwand
27: Seitenwand
28: obere Wand
29: untere Wand
30: Funktionsfläche
31: Keilmechanismus
32: Keilmechanismus
33: Wand
34: Wand
35: Keil
36: Wand
37: Wand
38: Keil
39: Keil
40: Keil
41: Keil
42: Keil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1534443 B1 [0006]
US 9370811 B2 [0007]

Claims

Verfahren zum Kalibrieren eines metallischen Hohlkammerprofils (1) mit folgenden Verfahrensschritten : i) Bereitstellen eines metallischen Hohlkammerprofils (1) mit zwei offenen Endbereichen (2, 3) und einem dazwischenliegenden Mittelbereich (4), wobei das Hohlkammerprofil (1) wenigstens eine sich über seine gesamte Längsausdehnung erstreckende Hohlkammer (5, 6, 7, 8, 9, 10) aufweist, j) Einlegen des Hohlkammerprofils (1) in eine Kavität (11) eines offenen Presswerkzeugs (12), k) Einführen von aufweitbaren Innenwerkzeugen (13, 14, 15 ,16 ,17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24) in die wenigstens eine Hohlkammer (5, 6, 7, 8, 9, 10) in den beiden Endbereichen (2, 3) des Hohlkammerprofils (1), I) Schließen des Presswerkzeugs (12) bei gleichzeitigem Aufweiten der in den Endbereichen (2, 3) des Hohlkammerprofils (1) in der wenigstens einen Hohlkammer (5, 6, 7, 8, 9, 10) angeordneten aufweitbaren Innenwerkzeugen (13, 14, 15 ,16 ,17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24), m) Strecken des Mittelbereichs (4) des Hohlkammerprofils (1) in dem Presswerkzeug (12) entlang einer Längsachse des Hohlkammerprofils (1) um bis zu 3% der Länge des Mittelbereichs (4), wobei das Presswerkzeug (12) weiter geschlossen und die in den Endbereichen (2, 3) des Hohlkammerprofils (1) in der wenigstens einen Hohlkammer (5, 6, 7, 8, 9, 10) angeordneten Innenwerkzeuge (13, 14, 15,16,17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24) aufgeweitet bleiben, n) Zurückführen des Aufweitens der Innenwerkzeuge (13, 14, 15 ,16 ,17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24) sowie deren Herausführen aus der wenigstens einen Hohlkammer (5, 6, 7, 8, 9, 10) des Hohlkammerprofils (1), o) Öffnen des Presswerkzeugs (12), p) Entnahme des nunmehr kalibrierten Hohlkammerprofils (1).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Innenwerkzeuge (13, 14, 15,16,17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24) Dorne verwendet werden, die vorzugsweise über einen Keilschiebemechanismus, insbesondere über einen zweifachen Keilschiebemechanismus aufweitbar sind.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwerkzeuge (13, 14, 15,16,17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24) mindestens 50 mm in die wenigstens eine Hohlkammer (5, 6, 7, 8, 9, 10) des Hohlkammerprofils (1) eingeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufweiten der in den Endbereichen (2, 3) des Hohlkammerprofils (1) in der wenigstens einen Hohlkammer (5, 6, 7, 8, 9, 10) angeordneten aufweitbaren Innenwerkzeugen (13, 14, 15 ,16 ,17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24) durch ein axiales Verschieben der Innenwerkzeuge (13, 14, 15 ,16 ,17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24) mindestens bis zu einer Tiefe von 5 mm in der wenigstens einen Hohlkammer (5, 6, 7, 8, 9, 10) bei geschlossenem Presswerkzeug (12) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hohlkammerprofil (1) mit einen kastenartigen Profilquerschnitt verwendet wird.
Hohlkammerprofil (1), insbesondere kalibriert mit einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit zwei offenen Endbereichen (2, 3) und einem dazwischenliegenden Mittelbereich (4), wobei das Hohlkammerprofil (1) wenigstens eine sich über seine gesamte Längsausdehnung erstreckende Hohlkammer (5, 6, 7, 8, 9, 10) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelbereich (4) des Hohlkammerprofils (1) eine Außenwandstärke aufweist, welche von seiner senkrecht zu einer Längsebene des Hohlkammerprofils (1) stehenden Mittelebene (25) zu den beiden Endbereichen (2, 3) des Hohlkammerprofils (1) hin stärker wird und/oder das Hohlkammerprofil (1) in seinen beiden Endbereichen (2, 3) einen Außenumfang aufweist, der wenigstens 1% größer ist als der Außenumfang des Hohlkammerprofils (1) in seinem Mittelbereich (4).
Hohlkammerprofil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenwandstärke des Mittelbereichs (4) des Hohlkammerprofils (1) von seiner senkrecht zu einer Längsebene des Hohlkammerprofils (1) stehenden Mittelebene (25) zu den beiden Endbereichen (2, 3) des Hohlkammerprofils (1) hin kontinuierlich stärker wird.
Hohlkammerprofil nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Endbereiche (2, 3) sich mindestens 50 mm in die wenigstens eine Hohlkammer (5, 6, 7, 8, 9, 10) des Hohlkammerprofils (1) erstrecken.
Hohlkammerprofil nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelbereich (4) in seiner Längserstreckung eine Ausdehnung aufweist, welche wenigstens 60% der Ausdehnung eines der Endbereiche (2, 3) in ihrer Längserstreckung entspricht.
Hohlkammerprofil nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass es bezüglich der senkrecht zu einer Längsebene des Hohlkammerprofils (1) stehenden Mittelebene (25) des Mittelbereichs (4) symmetrisch, insbesondere spiegelsymmetrisch ausgebildet ist.
Hohlkammerprofil nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass es über seine Längserstreckung einen kastenartigen Profilquerschnitt aufweist, wobei es eine erste und zweite Seitenwand (26, 27) aufweist, die über eine obere und eine untere Wand (28, 29) miteinander verbunden sind.
Hohlkammerprofil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine durch die jeweilige Seitenwand (26, 27) im ersten Endbereich (2) aufgespannte Ebene mit einer durch dieselbe Seitenwand (26, 27) aufgespannte Ebene des zweiten Endbereiches (3) einen Winkel bildet, der kleiner als 1° ist, insbesondere kleiner 0,5° ist und besonders bevorzugt 0° ist.
Hohlkammerprofil nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine durch die jeweilige Seitenwand (26, 27) im ersten Endbereich (2) aufgespannte Ebene mit einer durch die andere Seitenwand (27, 26) aufgespannte Ebene des zweiten Endbereiches (3) einen Winkel bildet, der kleiner als 1° ist, insbesondere kleiner 0,5° ist, wobei besonders bevorzugt beide Ebenen parallel zueinander liegen.
Hohlkammerprofil nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Seitenwände (26, 27) und/oder eine der unteren oder oberen Wand (28, 29) wenigstens eines Endbereiches (2, 3) eine Funktionsfläche (30) zur Kopplung des Hohlkammerprofils (1) an ein weiteres Bauteil aufweist.
Hohlkammerprofil nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsfläche (30) eine Öffnung, Durchstellung, Vertiefung, Erhebung oder dergleichen aufweist.
Hohlkammerprofil nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Seitenwände (26, 27) und/oder eine der unteren oder oberen Wand (28, 29) wenigstens eine Reibungsfläche mit wenigstens einer lokalen Vertiefung mit einer Tiefe zwischen 0,1 mm und 0,4 mm aufweist.
Hohlkammerprofil nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibungsfläche außerhalb der Funktionsfläche (30) liegt.
Hohlkammerprofil nach einem der Ansprüche 6 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass es in wenigstens einem Endbereich (2, 3) und oder im Mittelbereich (3) eigenspannungsfrei ausgebildet ist.