DE10351140B3

DE10351140B3 - Hohlprofil und ein Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE10351140B3
Application number: DE2003151140
Authority: DE
Inventors: Volker Prof. Dr.-Ing. Thoms
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2003-11-03
Filing date: 2003-11-03
Publication date: 2005-05-25
Anticipated expiration: 2023-11-04

Abstract

Die Erfindung betrifft ein rohrförmiges Hohlprofil (10), das eine in Längsrichtung verlaufende längliche Einbuchtung (3) aufweist, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung. Um die Stabilität des Hohlprofils (10) zu verbessern, wird vorgeschlagen, dass die Einbuchtung (3) einen umfänglich geschlossenen Querschnitt (7) aufweist, wobei die seitlichen Ränder (6) der Einbuchtung (3) sich zumindest in etwa berühren oder überlappen. Dies erfolgt über ein Zusammenbiegen der seitlichen Ränder (6) der Einbuchtung (3).

Description

Die Erfindung betrifft ein Hohlprofil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie ein Verfahren zu der Herstellung des Hohlprofils gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 5.

Ein gattungsgemäßes Hohlprofil sowie ein gattungsgemäßes Verfahren ist aus der DE 195 19 353 A1 bekannt. Hieraus ist ein Träger entnehmbar, der aus mindestens zwei formschlüssig miteinander verbundenen, hydraulisch aufgeweiteten Hohlprofilen zusammengesetzt ist. Im Überlappungsbereich der beiden Hohlprofile soll der Träger besonders hohe Belastungen sicher aufnehmen können, wohingegen außerhalb des Überlappungsbereiches nur ein Hohlprofil weitergeführt ist, das dort geringeren Belastungen standhalten muss. Der Träger ist damit außerhalb des Überlappungsbereiches gewichtsoptimiert. Gemäß einer Ausführungsform nach 7 weist eines der Hohlprofile zur Bildung einer Aufnahme eine in Längsrichtung des Hohlprofils verlaufende rinnenförmige Einbuchtung auf. Durch die Einbuchtung des besagten Hohlprofils ist dieses für sich genommen nicht allseitig knickstabil ausgebildet, so dass ein derartiges Hohlprofil bei einer mechanischen Belastung aus einer ungünstigen Richtung relativ schnell zusammenfallen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gattungsgemäßes Hohlprofil dahingehend weiterzubilden, dass die Stabili tät des Hohlprofils verbessert wird. Des Weiteren soll ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Hohlprofils aufgezeigt werden.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 hinsichtlich des Hohlprofils und durch die Merkmale des Anspruches 5 hinsichtlich des Herstellungsverfahrens gelöst.

Die Erfindung wird durch die spezielle Ausbildung der Einbuchtung, nämlich mit einem umfänglich geschlossenen Querschnitt, bei dem sich die seitlichen Ränder der Einbuchtung zumindest in etwa berühren oder überlappen, über die Längserstreckung der Einbuchtung hinweg aus einem einzigen Hohlprofilrohling quasi ein Doppelrohr geschaffen, das äußerst hohe Biege- und Torsionssteifigkeitseigenschaften aufweist und somit eine besonders hohe Stabilität gegenüber mechanischen Beanspruchungen besitzt, aus welcher Richtung sie auch immer erfolgen mögen. Trotz des verringerten Querschnitts des Hohlprofilrohlings, der eine Steifigkeitsreduzierung normalerweise zur Folge hat, wird durch die Doppelrohrform, bei der die Wandungen der beiden Rohrabschnitte bis auf die Stelle der seitlichen Ränder der Einbuchtung voneinander beabstandet sind, mindestens kompensiert. Zusätzlich vorteilhaft wird entlang der Erstreckung der Einbuchtung durch das Zusammenbiegen die Platzbeanspruchung für das Hohlprofil verringert, so dass mehr Bauraum anderweitig zur Verfügung steht.

In einer bevorzugten Weiterbildung nach Anspruch 2 ist der Querschnitt der Einbuchtung weitgehend kreisförmig. Auf Grund der kreisförmigen Ausbildung des Querschnittes der Einbuchtung wird die Biegesteifigkeit noch weiter verbessert.

In einer weiteren Ausgestaltung nach Anspruch 3 sind die seitlichen Ränder der Einbuchtung miteinander gefügt. Hierdurch wird verhindert, dass beim Gebrauch des Hohlprofiles durch Zugkräfte die seitlichen Ränder auseinander gezogen werden, so dass die Ränder auseinander klaffen und die Einbuchtung ihren umfänglich geschlossenen Querschnitt verliert, was eine drastische Reduzierung der Biege- und Torsionssteifigkeit des Hohlprofils zur Folge hätte. Für eine Fügeoperation ist in diesem Falle eine Verschweißung oder Verlötung zu bevorzugen.

In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 4 beziehungsweise nach Anspruch 7 erstreckt sich die Einbuchtung nur über einen Teilabschnitt des Hohlprofils. Hierdurch wird zum einen baulichen Anforderungen Rechnung getragen, bei denen das zu erzeugende Hohlprofil unterschiedlich große Querschnitte aufzuweisen hat. Zum anderen wird dadurch über die gesamte Länge des Hohlprofils hinweg eine abschnittsweise unterschiedlich hohe Biegesteifigkeit ermöglicht, wodurch das Hohlprofil in einfacher Weise dem gewünschten Belastungsprofil angepasst werden kann.

Als Anwendungsfall des Hohlprofils ist hier beispielhaft an den Kraftfahrzeugbau, insbesondere an die Ausgestaltung der Säulen der Rahmenstruktur der Fahrzeugkarosserie zu denken. Dort ist es für die Gewährleistung einer möglichst umfassenden Übersicht der Umgebung des Kraftfahrzeuges für den Fahrer erwünscht, dass die Säulen in den Bereichen, in den sie an die Fenster grenzen, möglichst schlank ausgebildet sind. Andererseits sollen die Säulen trotzdem eine ausreichende Crashsicherheit vorweisen, das heißt, sie müssen trotz geringeren Querschnittes eine ausreichend hohe Biegesteifigkeit und hohe Bruchdehnung besitzen. Im Bereich des Säulenfußes und des Säulenkopfes, die die Säulen an eine Dachstruktur und den Wagenkasten anbinden, müssen die vorgenannten optischen Zwecke nicht erfüllt werden, so dass sie einen größeren breiteren Querschnitt besitzen können, der eine hohe Festigkeit des Fußes sichert. Das nach Anspruch 4 und 7 vorgeschlagene Hohlprofil wird diesem Bedarf optimal gerecht. So ist dort, wo die seitlichen Ränder der Einbuchtung zusammengezogen sind, der Querschnitt verkleinert, während außerhalb der Einbuchtung das Hohlprofil von sich aus schon einen größeren Durchmesser und damit auch einen größeren Querschnitt besitzt.

In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung nach Anspruch 10 wird das Hohlprofil in Längsrichtung gesehen unterhalb und/oder oberhalb der Einbuchtung aufgeweitet. Hierdurch wird dem Hohlprofil ein noch größerer Querschnitt gegeben, wodurch dessen Steifigkeit an diesen Stellen zunimmt. Dies kann beispielsweise durch Ausüben eines fluidischen Innenhochdrucks innerhalb des Hohlprofils erfolgen.

Die Einbuchtung des Hohlprofils selbst kann auf unterschiedliche Arten ausgebildet werden. So wird in der bevorzugten Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 8 die Einbuchtung durch Eindrücken eines Hohlprofilrohlings mittels eines Stempels geformt. Diese Variante des Herstellungsverfahrens erfordert einen geringen Aufwand und ist sehr schnell zu realisieren. Die Einbuchtung ist mit diesem Verfahren völlig variabel am Hohlprofilrohling platzierbar, also auch auf Teilabschnitten. Eine andere Variante der bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 9 wird das Hohlprofil mit der Einbuchtung durch Rollprofilieren eines Bleches, welches eine einzelne Platine sein kann oder ein Abschnitt einer Blechcoilabwicklung ist, erzeugt, wonach nach Formgebung die Abschlusskanten miteinander unter Ausbildung einer Längsnaht verschweißt werden. Dieses Verfahren ist zwar etwas aufwendiger, jedoch kann mit diesem Verfahren die Einbuchtung ausgeprägter und mit einer einheitlichen Wandstärke ausgebildet werden, ohne dass es zu Falten oder Knicken kommen kann, die eine Rohrförmigkeit der zusammengebogenen Einbuchtung verhindern würden. Des Weiteren ist dieses Verfahren besonders prozesssicher, da es im Bereich der Einbuchtungen zu keinerlei Materialdehnungen kommt, die gegebenenfalls zu einem Reißen des Hohlprofilmaterials führen würden. Allerdings ist dieses Herstellungsverfahren in seinen Gestaltungsmöglichkeiten dahingehend eingeschränkt, dass nur Hohlprofile mit Einbuchtungen erzeugt werden können, welche über die gesamte Längserstreckung des Hohlprofils verlaufen.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 11 wird das Hohlprofil nach Zusammenbiegen der Ränder der Einbuchtung mittels einem fluidischen Innenhochdruck beaufschlagt. Durch die damit hergehende Aufweitung des Hohlprofils, welche in einem Innenhochdruckumformwerkzeug erfolgt, wird eine präzise und toleranzfreie Kontur des Hohlprofils ermöglicht und eventuelle aus dem Biegeverfahren resultierende Spannungen im Hohlprofilmaterial aufgehoben. Hierbei ist jedoch zu beachten, dass während der Innenhochdruckumformung in der Einbuchtung eine stabartige Matrize anzuordnen ist, die ein hochdruckbedingtes Zusammenfallen der Einbuchtung verhindert. Gleichzeitig kann diese Matrize jedoch auch dafür genutzt werden, dass die Einbuchtung einen präzisen kreisförmigen Querschnitt erhält.

Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert; Dabei zeigt:
1a in einer perspektivischen Ansicht einen Hohlprofilrohling eines erfindungsgemäß herzustellenden Hohlprofils,
1b den Hohlprofilrohling aus 1a in einem Querschnitt,
2a in einer perspektivischen Ansicht den Hohlprofilrohling aus 1a nach Erzeugen einer Einbuchtung,
2b in einem Querschnitt den Hohlprofilrohling mit Einbuchtung aus 2a,
3a das fertiggeformte Hohlprofil mit zusammengezogenen Rändern der Einbuchtung in einer perspektivischen Ansicht,
3b in einem Querschnitt das Hohlprofil aus 3a.
In 1a und 1b ist ein rohrförmiger Hohlprofilrohling 1 dargestellt, der einen kreiszylindrischen Querschnitt besitzt und somit hohlzylindrisch ausgebildet ist. Durch Eindrücken des Rohlingsmantels 2 mittels eines Stempels wird eine im Querschnitt U-förmige Einbuchtung 3 geschaffen, die in Längsrichtung des Hohlprofilrohlings 1 verläuft und sich von einem oberen Ende 4 des Rohlings 1 aus über einen Teilabschnitt 5 des Hohlprofilrohlings 1 erstreckt. Die entsprechende Form ist aus 2a und 2b zu entnehmen. Alsdann wird der Hohlprofilrohling 1 an den seitlichen Rändern 6 der länglichen Einbuchtung 3 in Umfangsrichtung zusammengebogen, so dass sich ein geschlossener Querschnitt 7 der Einbuchtung 3 ergibt. Hierbei können sich die Ränder 6 berühren oder sogar überlappen, wobei nicht ausgeschlossen werden darf, dass die Ränder 6 durch einen schmalen Spalt 8 voneinander beabstandet sind. Danach werden die Ränder 6 in ihrer zusammengebogenen Stellung miteinander verschweißt oder gelötet, wodurch eine Schweiß- oder Lotnaht 9 entsteht. Falls zwischen den Rändern 6 ein Spalt 8 bestehen sollte, wird dieser durch das Schweißmaterial oder das Lot ausgefüllt. Alternativ ist jedoch auch das Kleben der Ränder 6 denkbar. Nach Abschluss des Fügevorgangs ist nun der Hohlprofilrohling 1 zu dem gewünschten Hohlprofil 10 fertig ausgebildet, wie es aus 3a und 3b ersichtlich ist. Das Hohlprofil 10 kann nun -in Längsrichtung gesehen- unterhalb der Einbuchtung 3 noch zusätzlich aufgeweitet werden, so dass das Hohlprofil 10 dort einen besonders großen Querschnitt erhält, der hohen Festigkeitsanforderungen genügt. Das Aufweiten kann beispielsweise mittels einem fluidischen Innenhochdruck erfolgen, der im Inneren 12 des Hohlprofils 10 ausgeübt wird, wodurch das Hohlprofil 10 an dieser Stelle übertragen auf die Anwendung des Hohlprofils 10 als beispielsweise A-Säule eines Kraftfahrzeugs einen Säulenfuß 11 besonders großen Durchmessers erhält. Für das Innenhochdruckumformen muss eine stabförmige Matrize in die Einbuchtung 3 eingesetzt sein, die den Querschnitt 7 zumindest weitgehend ausfüllt. Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass das Hohlprofil 10 allein schon nach dem Zusammenbiegen der Ränder 6 der Einbuchtung 3 oder auch nach dem Fügen der Ränder 6 fertiggestellt sein kann.

Claims

Rohrförmiges Hohlprofil, das eine in Längsrichtung verlaufende längliche Einbuchtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Einbuchtung (3) einen umfänglich geschlossenen Querschnitt (7) aufweist, wobei die seitlichen Ränder (6) der Einbuchtung (3) sich berühren oder überlappen oder durch einen schmalen Spalt (8) voneinander beabstandet sind.
Hohlprofil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt (7) der Einbuchtung (3) weitgehend kreisförmig ist.
Hohlprofil nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die seitlichen Ränder (6) der Einbuchtung (3) miteinander gefügt sind.
Hohlprofil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einbuchtung (3) sich nur über einen Teilabschnitt (5) des Hohlprofils (10) erstreckt.
Verfahren zur Herstellung eines rohrförmigen Hohlprofils, bei dem aus einem Hohlprofilrohling eine in Längsrichtung verlaufende längliche Einbuchtung ausgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlprofilrohling (1) an den seitlichen Rändern (6) der Einbuchtung (3) in Umfangsrichtung so zusammengebogen wird, dass diese unter Bildung eines geschlossenen Querschnitts (7) der Einbuchtung (3) sich berühren oder überlappen oder durch einen schmalen Spalt (8) voneinander beabstandet sind.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ränder (6) in ihrer zusammengebogenen Stellung miteinander gefügt, vorzugsweise verschweißt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einbuchtung (3) nur über einen Teilabschnitt (5) des Hohlprofilrohlings (1) ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einbuchtung (3) durch Eindrücken des Hohlprofilrohlings (1) mittels eines Stempels geformt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlprofilrohling (1) mit der Einbuchtung (3) durch Rollprofilieren eines Bleches erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlprofilrohling (1) – in Längsrichtung gesehen – unterhalb und/oder oberhalb der Einbuchtung (3) aufgeweitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlprofilrohling (1) nach Zusammenbiegen der Ränder (6) der Einbuchtung (3) mittels einem fluidischen Innenhochdruck beaufschlagt wird.