-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Versteifen eines umfänglich geschlossenen
Hohlprofiles gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruches 1 sowie eine Vorrichtung dazu gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruches 6.
-
Ein
gattungsgemäßes Verfahren
bzw. eine gattungsgemäße Vorrichtung
ist aus der
DE 100
29 467 C1 bekannt. Bei dem bekannten Verfahren wird an
einem fertig umgeformten Hohlprofil eine Öffnung geschaffen, wonach in
das Hohlprofilinnere ein Versteifungsbauteil durch die entstandene Öffnung eingeführt wird.
Anschließend
wird das Versteifungsbauteil am Öffnungsrand
einerseits und an der der Öffnung
gegenüberliegenden
Hohlprofilwandung andererseits angeschweißt. Das bekannte Verfahren
ist mit einigem Aufwand verbunden. So muss das Versteifungsbauteil
relativ zum Hohlprofil exakt ausgerichtet, anschließend eingeführt und
während
des Fügevorgangs
in seiner Position gehalten werden.
-
Des
Weiteren ist aus der
DE
197 26 720 C1 ein Strukturbauteil bekannt, das aus zwei
Hohlprofilkammern besteht, die von einem Zwischensteg voneinander
getrennt sind. Durch diese Aufteilung wird dem Strukturbauteil eine
hohe Stabilität
gegeben, wobei der Zwischensteg ein Verstärkungsteil darstellt.
-
Dieser
Stege wird im Zuge der Ausbildung des Hohlprofils eingebracht und
mit diesem verbunden.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren
dahingehend weiterzubilden, dass die Versteifung des Hohlprofils
mit möglichst
geringem Aufwand erreicht wird. Des Weiteren soll eine Vorrichtung
aufgezeigt werden, mit der die Aussteifung erzielt wird.
-
Die
Aufgabe ist erfindungsgemäß durch
die Merkmale des Patentanspruches 1 hinsichtlich des Verfahrens
und durch die Merkmale des Patentanspruches 6 hinsichtlich der Vorrichtung
gelöst.
-
Dank
der Erfindung ist kein Zusatzbauteil notwendig, um das Versteifungsbauteil
bereitzustellen. Vielmehr wird das Versteifungsbauteil aus dem Material
des Hohlprofils selbst gebildet, und zwar durch das Wandungsstück, das
zur Bildung der Öffnung
ausgeschnitten wird. Dieses Wandungsstück wird jedoch nur bis auf
einen Umfangsbereich ausgeschnitten, so dass das durch dieses gebildete
Versteifungsbauteil nicht in das Hohlprofilinnere hineinfällt und
in vorteilhafter Weise vom Hohlprofil selbst nach Eintauchen des
Lochstempels in das Hohlprofilinnere, bei dem das Wandungsstück in dieses
hineingebogen wird, in einer definierten Position gehalten wird.
Somit können
alle Halte- bzw. Spannvorrichtungen für das Versteifungsbauteil hinsichtlich
des nachfolgenden Fügevorgangs
entfallen. Die Einbringung des Versteifungsbauteils, also des Wandungsstücks, in
das Hohlprofilinnere erfolgt in denkbar einfacher Weise durch Umbiegen
des Wandungsstücks mittels
des Lochstempels, der zum Lochen bzw. zum Ausschneiden des Wandungsstückes ohnehin
in das Hohlprofilinnere eintauchen muss. Hierzu ist lediglich die
Stirnseite des Stempels speziell auszubilden, so dass der Stempel
nicht vollumfänglich
das Wandungsstück
ausschneidet, wobei eine an ihm ausgebildete Biegekontur beim Eintauchen
des Stempels den Biegevorgang ausführt. Da das erfindungsgemäße Versteifungsbauteil
mit einem Ende bereits einstückig
mit dem Hohlprofil verbunden ist, kann der Aufwand für den dortigen
Fügevorgang
mit dem Hohlprofil entfallen. Es ist dabei lediglich eine Fügevorrichtung
erforderlich, mittels derer das freie Ende des Wandungsstückes, das
in das Hohlprofilinnere hineinragt, mit der gegenüberliegenden
Hohlprofilwandung gefügt
werden kann. Es darf an dieser Stelle angemerkt werden, dass das
erfindungsgemäße Verfahren
nur dann seine Funktion erfüllen
kann, wenn der Abstand zwischen der Öffnung am Hohlprofil und der
gegenüberliegenden
Hohlprofilwandung gleich oder kleiner ist als die Länge des
ausgeschnittenen Wandungsstückes.
Das heißt,
das freie Ende des Wandungsstückes
muss mindestens in rechtwinkliger Biegeform die besagte Hohlprofilwandung
berühren.
Dem erfindungsgemäßen Verfahren können somit
Hohlprofile gezielt lokal versteift werden und damit an unterschiedliche
Belastungsprofile individuell angepasst werden. Insgesamt wird durch die
Erfindung die lokale Steifigkeit von Hohlprofilen, insbesondere
von innenhochdruckumgeformten Bauteilen ohne zusätzlichen Einsatz von Material
erhöht.
Das fertiggeformte und versteifte Bauteil ist dabei bei gleichem
Gewicht steifer. Durch die Integration in den Innenhochdruckumformprozess
wird die Wertschöpfung
darüber
hinaus erhöht.
Zusätzliche Fertigungsschritte
können
entfallen, desgleichen zusätzliche
Bauteile.
-
In
einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch
2 besitzt das Wandungsstück
hinsichtlich seiner Länge,
bezogen auf die Breite des Hohlprofils, Übermaß. Der dabei überstehende
Wandungsstreifen wird mittels eines in die Öffnung eintauchenden Stempels
innerhalb des Hohlprofils umgebogen und an die Hohlprofilwandung
konturtreu angelegt, wo nach dieser Wandungsstreifen mit der Hohlprofilwandung
gefügt
wird. Aufgrund der gegenüber
einer Punkt- oder Linienberührung
durch den Wandungsstreifen in wesentlich größerem Maße zur Verfügung stehenden Fügefläche wird
zum einen der Fügevorgang
erleichtert und der aus dem Fügevorgang
resultierende Halt zwischen dem Versteifungsbauteil und dem Hohlprofil
bei völliger
Ausnutzung der zur Verfügung
stehenden Fügefläche erheblich
gesteigert werden. Des Weiteren können zur Ausführung auch
Fügeverfahren
zum Einsatz kommen, die bei einer nur stoßenden Anlage des Versteifungsbauteils
an der Hohlprofilwandung aufgrund fehlender Funktionsfähigkeit
nicht hätten
zu Rate gezogen werden können.
Hierzu ist die Stirnseite des Lochstempels mit einer Aussparung
auszugestalten, die sich von der Biegekontur aus in Richtung der
Schneidkante erstreckt und in ihrer Tiefe allenfalls die Wandstärke des
Wandungsstückes
aufweist und in seiner Kontur im Wesentlichen dem Wandungsstreifen,
der umzubiegen ist, entspricht, so dass dieser ohne weiteres durch
den Lochstempel umgelegt und an die Hohlprofilwandung angepresst werden
kann. Dies wird in der bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
nach Anspruch 7 ausgedrückt.
-
In
einer weiteren, besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung
nach Anspruch 3 bzw. nach Anspruch 9 erfolgt der Fügevorgang
mittels Durchsetzfügen.
Bei diesem speziellen Fügeverfahren
ist der Wandungsstreifen besonders schnell und einfach an der Hohlprofilwandung
befestigbar, wobei der Halt des Wandungsstreifens an der Hohlprofilwandung
aufgrund der nahezu unlösbaren
mechanischen Verklammerung besonders gut ist.
-
In
einer weiteren, besonders bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach
Anspruch 10 beinhaltet die Durchsetzfügevorrichtung einen Fügestempel,
der in einer stirnseitig an der Aussparung ausmündenden Durchführung des
Lochstempels verfahrbar geführt
ist. Die Durchsetzfügevorrichtung
beinhaltet des Weiteren eine mit einer Ausnehmung ausgebildete Matrize,
welche an der Außenseite
des Hohlprofils anliegt, wobei die Ausnehmung Hinterschnittkonturen
besitzt und mit der Durchführung
des Fügestempels
fluchtet. Durch den Integrationsschritt des Fügestempels in den Lochstempel
wird nicht nur Bauraum eingespart, sondern auch eine weitere Arbeitsstation.
Damit verbunden, verkürzt
sich erheblich die Prozesszeit zur Herstellung und zur Versteifung
des umfänglich
geschlossenen Hohlprofils, da der Transferweg in die ansonsten erforderliche
Fügestation
entfällt.
Des Weiteren werden Herstellungstoleranzen, die sich beim Umsetzen
von einer Arbeitsstation in die anderen ergeben, unterbunden. Des
Weiteren bleibt der Wandungsstreifen des Wandungsstückes für das Durchsetzfügeverfahren
exakt positioniert, da der Lochstempel den Wandungsstreifen während des gesamten
Durchsetzfügeverfahrens
an der Hohlprofilwandung hält.
-
Eine
weitere bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
nach Anspruch 11 betrifft die Integrierung des Lochstempels in ein
Innenhochdruckumformwerkzeug, in dessen Gravur das Hohlprofil aufgenommen
ist. Hierdurch kann bereits bei der Ausformung des Hohlprofils mittels
Innenhochdruck das Versteifungsbauteil erzeugt werden, in dem der
Lochstempel in den sich ausformenden oder schon fertiggeformten
Hohlprofilkörper
das Wandungsstück
ausschneidet, wobei eine ausreichend gute Abdichtung des Lochstempels
in der Öffnung
vorausgesetzt sein muss, damit ein Druckabfall, der den Ausformungsprozess
des Hohlprofils stören
würde und
bei mehreren aufeinanderfolgenden Lochungen zur Erzeugung mehrerer
voneinander beabstandeter Versteifungsbauteile eine Konturtreuheit
des Hohlprofils nicht mehr gegeben sein würde, nicht auftritt. Mit der
Integrierung des Lochstempels und damit der Erzeugung des Versteifungsbauteils
in das Innenhochdruckumformwerkzeug wird der Gesamtherstellungsprozess
des Hohlprofils auf bauraumsparende Weise vereinfacht und die Herstellungszeit
verkürzt.
Durch den Innenhochdruck können
relativ scharfkantige Übergänge zwischen dem
Hohlprofil und dem in das Hohlprofilinnere hineingebogenen Versteifungsbauteil
erzeugt werden, was je nach Anwendungszweck aus optischen Gründen für eine möglichst
hochpräzise
Außenkontur
des Hohlprofils erforderlich sein kann.
-
In
einer weiteren, besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung
nach Anspruch 5 wird das Hohlprofil innenhochdruckumgeformt, wobei
im Anschluss an die Umformung im Innenhochdruckumformwerkzeug bei
bestehendem Innenhochdruck die Öffnung
ausgebildet, das Wandstück
in das Hohlprofil hineingebogen und der Wandungsstreifen umgebogen
und mit der gegenüberliegenden
Hohlprofilwandung durchsetzgefügt
wird. Hierzu ist gemäß Anspruch
12 die Durchsetzfügevorrichtung
im Innenhochdruckumformwerkzeug integriert. Als Zusatz zu den vorstehenden
Ausführungen
wird auch noch der Wandungsstreifen des ausgeschnittenen Wandungsstückes umgebogen
und mit der Hohlprofilwandung durchsetzgefügt, so dass durch die Kopplung
der Herstellung des Hohlprofils mit der Ausbildung und Befestigung
des Versteifungsbauteils am Hohlprofil zum einen eine hochkompakte
Bauweise der Vorrichtung gegeben ist und die Prozesszeit des Verfahrens zum
Versteifen des Hohlprofils und zur Ausbildung des Hohlprofils minimiert
ist.
-
Im
Falle, dass das Versteifungsbauteil mit seinem freien Ende nur die
Hohlprofilwandung berührt,
so dass kein Wandungsstreifen ausgebildet werden kann, wird das
Versteifungsbauteil mit seinem freien Ende vorteilhafterweise an
der Hohlprofilwandung mittels einer Schweißvorrichtung, die die Fügevorrichtung
bildet, gemäß Anspruch
4 und Anspruch 8 als be vorzugte Weiterbildung der Erfindung in Form
einer Kehlnaht angeschweißt.
-
Im
Folgenden ist die Erfindung anhand mehrerer, in den Zeichnungen
dargestellter Ausführungsbeispiele
näher erläutert.
-
Dabei
zeigt:
-
1 skizzenhaft
in einem Querschnitt ein erfindungsgemäß zu versteifendes Hohlprofil
mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Bildung der Versteifung beim Ausschneiden eines Wandungsstückes,
-
2 skizzenhaft
das Hohlprofil aus 1 mit einem durch einen Lochstempel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
in das Hohlprofilinnere hineingebogenen Versteifungsbauteils,
-
3 ausschnittsweise
in einem Längsschnitt
das in das Hohlprofilinnere hineingebogene Versteifungsbauteil aus 2 mit
einer Durchsetzfügevorrichtung
der erfindungsgemäßen Vorrichtung, mit
einem vom Hohlprofilinneren aus, auf das Versteifungsbauteil wirkenden
Fügestempel
und einer außen
am Hohlprofil anliegenden Matrize zur Ausführung des Durchsetzfügeverfahrens,
-
4 ausschnittsweise
in einem Längsschnitt
das Hohlprofil mit hineingebogenem Versteifungsbauteil nach 2 mit
einer das Versteifungsbauteil vom Hohlprofilinneren aus beaufschlagenden Fügematrize
und einem außen
auf das Hohlprofil wirkenden Fügestempel
zur Durchführung
des Durchsetzfügeverfahrens,
-
5 in
einem Querschnitt ein erfindungsgemäß versteiftes, umfänglich geschlossenes
Hohlprofil mit einem an die Hohlprofilwandung angeschweißten Wandungsstreifen,
-
6 in
einem Querschnitt ein erfindungsgemäß versteiftes umfänglich geschlossenes
Hohlprofil mit einem mit einer Hohlprofilwandung durchsetzgefügten Wandungsstreifen,
-
7 in
einer skizzenhaften Darstellung ein erfindungsgemäß zu versteifendes
Hohlprofil in der Phase der Erzeugung einer Öffnung am Hohlprofil mittels
einer erfindungsgemäßen Lochungsvorrichtung,
-
8 in
einer skizzenhaften Darstellung das Hohlprofil aus 7 mit
in das Hohlprofilinnere eingetauchter Lochungsvorrichtung und Hineinbiegen des
Versteifungsbauteils,
-
9 in
einem Querschnitt das fertigversteifte Hohlprofil gemäß den 7 und 8 mit
einer Kehlnahtverschweißung
des an der Hohlprofilwandung stoßenden freien Endes des Versteifungsbauteils.
-
In 1 ist
ein umfänglich
geschlossenes Hohlprofil 1 dargestellt, das lokal versteift
werden soll. Hierzu wird ein Werkzeug verwandt, mittels dessen am
Umfang des Hohlprofils eine Öffnung 2 ausgebildet
wird. Das Werkzeug kann ein Strahlschneider, wie beispielsweise
eine Laserschneideinrichtung sein, wird hier jedoch durch einen
Lochstempel 3 gebildet, der von außen auf das Hohlprofil 1 geführt wird.
An der Stirnseite 4 des Lochstempels 3 ist teilumfänglich eine
Schneidkante 5 ausgebildet, wogegen der Stempel 3 am
restlichen Umfang seiner Stirnseite 4 eine Biegekontur 6 trägt. In 1 wird aus
dem Hohlprofil durch den Lochstempel 3 ein Wandungsstück 7,
das das Versteifungsbauteil bilden soll, bis auf einen schmalen
biegbaren Umfangsbereich ausgeschnitten. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
besitzt das Wandungsstück 7 hinsichtlich
seiner Länge,
bezogen auf die Breite des Hohlprofils 1, Übermaß.
-
Nach
dem Ausschneiden des Wandungsstückes 7 wird
der Lochstempel noch weiter zum Hohlprofil 1 hin verfahren,
wodurch der Lochstempel 3 in das Hohlprofilinnere 8 eintaucht.
Hierbei biegt der Lochstempel 3 mit seiner Biegekontur 6 das am Öffnungsrand 9 einstückig anhängende Wandungsstück 7 in
das Hohlprofilinnere 8 hinein, wodurch sich die Öffnung 2 ausbildet,
die hier allerdings durch den Lochstempel 3 bis zu dessen
Rückzug
aus dem Hohlprofil 1 heraus verschlossen ist. Der Lochstempel 3 bildet
hierdurch die Einrichtung zur Einbringung des Versteifungsbauteils
in das Innere 8 des Hohlprofils 1. Das Wandungsstück 7 berührt mit
seinem freien Ende 10 nach Überstreichen eines Biegungswinkels,
der etwas kleiner als 90° ist,
aufgrund des Übermaßes des
Wandungsstücks 7 die
gegenüberliegende
Hohlprofilwandung 11.
-
Der
Lochstempel fährt
bis zum Anschlag an der Hohlprofilwandung 11 weiter, wodurch
das Wandungsstück 7 an
den Stellen, an denen das Wandungsstück 7 gegenüber der
Breite des Hohlprofils 1 übersteht, einknickt. Der sich
dabei ausbildende Wandungsstreifen 12 des Wandungsstücks 7 wird von
der Stirnseite 4 des Lochstempels 3 zur konturtreuen
Anlage an der Hohlprofilwandung 11 gebracht, wobei das
restliche Wandungsstück 7 nun vom Öffnungsrand 9 in
einem 90°-Winkel
zur Hohlprofilwandung 11 hin verläuft. Um zu vermeiden, dass
der Wandungsstreifen 12 beim Umbiegen reißt und die
Hohlprofilwandung 11 schädigend gequetscht wird, weist
der Lochstempel 3 an seiner Stirnseite 4 eine
von der Biegekontur 6 ausgehende Aussparung 13 auf,
die in ihrer Form und ihren Abmaßen derart gestaltet ist, dass
der Wandungsstreifen 12 beim Umbiegen und Anlegen aufgenommen ist.
Die Aussparung 13 hat dabei eine Tiefe, die der Wandstärke des
Wandungsstreifens 12 entspricht.
-
Schließlich wird
der Wandungsstreifen 12 mit der Hohlprofilwandung 11 gefügt. Hierbei
sind mehrere Varianten von Fügeverfahren
denkbar. Beispielsweise kann der Wandungsstreifen 12 nach 5 mit
einem Schweißverfahren,
vorzugsweise durch Punktschweißen
unter Ausbildung von mehreren Schweiß punkten 14 bzw. bei
anderen Schweißvorgängen unter
Ausbildung einer Schweißnaht,
an der Hohlprofilwandung 11 festgelegt werden. Des Weiteren
ist auch eine mechanische Verklammerung des Wandungsstreifens 12 mit
der Hohlprofilwandung 11 durch ein Durchsetzfügeverfahren
sehr günstig.
In dem Fügevorgang
sind auch Kombinationen des Durchsetzfügens und des Schweißens möglich, wobei
die beiden Verfahren in parallelen oder aufeinanderfolgenden Arbeitsschritten
erfolgen können.
-
Zur
Ausführung
des Durchsetzfügeverfahrens
weist der Lochstempel 3 eine axiale Durchführung 15 auf,
die stirnseitig an der Aussparung 13 ausmündet. In
der Durchführung 15 ist
ein Fügestempel 16 gemäß der 3 verfahrbar
geführt,
wie es durch den Pfeil verdeutlicht ist. An der Außenseite 17 der Hohlprofilwandung 11 liegt
eine Matrize 18 der Durchsetzfügevorrichtung an, welche eine
Ausnehmung 19 mit schwalbenschwanzförmigen Hinterschnittkonturen
aufweist. Die Ausnehmung 19 der Matrize 18 fluchtet
in ihrer Gebrauchslage mit der Durchführung 15 des Fügestempels 16.
Mittels des sich absenkenden Fügestempels 16 wird
nun der an der Hohlprofilwandung 11 anliegende Wandungsstreifen 12 pressend
beaufschlagt und an dieser Stelle gemeinsam mit dem darunterliegenden
Bereich der Hohlprofilwandung 11 in die Ausnehmung 19 der Matrize 18 gepresst.
Hierbei entsteht gemäß 6 eine
noppenähnliche
Fügestelle 20,
bei der die Hohlprofilwandung 11 den aus dem Wandungsstreifen 12 durch
das Pressen in die Ausnehmung 19 entstandenen, mit Hinterschnittkonturen
versehenen Befestigungsnoppen 21 formflüssig umgreift. Alternativ ist es
auch denkbar, dass gemäß 4 der
Fügestempel 16 und
die Durchführung 15 in
der Matrize 18 ausgebildet bzw. geführt ist. Dementsprechend muss gegenüberliegend
an der Stirnseite 4 des Lochstempels 3 eine Ausnehmung 19 ausgebildet
sein, die sich an die Aussparung 13 vom Wandungsstreifen 12 weg
nach hinten anschließt.
Der beim Fügen
entstehende Befestigungs noppen 21 befindet sich dabei innerhalb
des Hohlprofils 1, was ggf. für die Erfüllung optischer Ansprüche vorteilhaft
sein kann.
-
Ein
weiteres Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigen die 7 bis 9. Abweichend
vom vorangegangenen Ausführungsbeispiel
weist der Lochstempel 22 gegenüber dem Lochstempel 3 nicht die
Aussparung 13 auf. Des Weiteren wird hier ein Wandungsstück 23 ausgeschnitten,
dessen Länge die
Breite des Hohlprofils 24 knapp unterschreitet. Gemäß 7 wird
nun das Wandungsstück 23 vom Lochstempel 22 ausgeschnitten
und gemäß 8 in das
Hohlprofilinnere 25 durch den eintauchenden Lochstempel 22 hineingebogen.
Das Wandungsstück 23 wird
durch das Hineinbiegen rechtwinklig abgewinkelt und berührt mit
seinem freien Ende 26 die gegenüberliegende Hohlprofilwandung 27.
Nach dem Herausziehen des Lochstempels 22 aus dem Hohlprofilinneren 25 wird
das freie Ende 26 mit der Hohlprofilwandung 27 mittels
einer Schweißvorrichtung,
vorzugsweise mit Zusatzwerkstoff, beispielsweise durch ein Lichtbogenschweißverfahren
oder Plasmaschweißverfahren,
unter Bildung einer Schweißkehlnaht 28 verschweißt.
-
Bei
den vorstehenden Ausführungsformen der
Erfindung ist es jeweils denkbar, dass das Hohlprofil einer Innenhochdruckumformung
unterzogen wird. Aus verfahrensökonomischen
Gründen
ist es dabei günstig,
den Lochstempel 3 bzw. 22 als auch die Durchsetzfügevorrichtung
in das Innenhochdruckumformwerkzeug zu integrieren. Die Matrize 18 der
Durchsetzfügevorrichtung
kann dabei durch die Gravur des Umformwerkzeuges, in der das Hohlprofil 1 bzw. 24 aufgenommen
wird, gebildet sein.