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Diese
Anmeldung fordert Schutz gemäß 35 U.
S. C. § 1.19(e)
der provisorischen Anmeldung mit der Seriennummer 60/863,488, angemeldet
am 30. Oktober 2006, bezeichnet ROHRFÖRMIG ZUGESPITZTE KNAUTSCHBARE
STRUKTUREN UND HERSTELLUNGSVERFAHREN.
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BESCHREIBUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf quetschbare bzw. knautschbare
Strukturen, welche für
die Energieabsorption und das Energiemanagement, wie sie bei einem
Fahrzeugzusammenprall vorliegen, konfiguriert sind.
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Fahrzeugkomponenten
werden so gebaut, dass sie Sachschaden reduzieren und den Insassen eines
aufgeprallten Fahrzeugs mit Hilfe von Energiemanagement Sicherheit bieten.
Dies wird gewöhnlich dadurch
erreicht, dass Fahrzeugkomponenten für vorhersehbare und wiederholbare
Deformierungen gestaltet werden. Komponenten wie Stoßfänger und Stoßfängerträger sind
derart gestaltet, dass bei geringen Geschwindigkeitseinwirkungen,
erhebliche Mengen an Energie absorbiert werden, wenn diese Teile
durch Deformierung belastet werden. Das Fahrgestell ist derart gestaltet,
dass es bei hohen Geschwindigkeitseinwirkungen Energie durch Deformierung
absorbiert. Auch für
Seitenstöße werden
deformierbare Komponenten wie Schwellen, Schweller, Pfeiler und
Türaufprallträger verwendet.
Ein Hauptunterschied zwischen den Seitenaufprallkomponenten und
jenen Komponenten, welche im vorderen oder hinteren Bereich des
Fahrzeugs angebracht sind, besteht darin wie sie aufgebaut sind,
um Energie durch Deformierung zu absorbieren. Die Seitenaufprallkomponenten
absorbieren Energie durch die mit der seitenbiegetypischen Formveränderung
der Teile zusammenhängenden
Deformierung. Frontal- und Heckkomponenten wie Stoßstangenträger und Fahrzeuggestelle
sind derart gestaltet, dass sie auf akkordeonartige Weise in eine
parallel der Aufprallkraft verlaufende Richtung zusammenquetschen.
Bei frontalen und rückwärtigen Einwirkungen
findet die Kollision entweder zwischen einem sich bewegenden Fahrzeug
und einem feststehendem Objekt (Mauer, Barriere, Pfosten, Baum,
etc.) oder zwischen zwei sich bewegenden Fahrzeugen statt. Die Aufprallenergien
sind üblicherweise
aufgrund von Geschwindigkeiten und Aufpralldynamiken hoch. Die Fahrzeuggestellkomponenten
müssen
in der Lage sein, sich auf eine vorhersehbare und wiederholbare
Weise zu verbiegen, so dass den Insassen Sicherheit gewährleistet
und der Sachschaden vermindert wird.
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Verschiedene
Arten von Komponentenversagen verursachen verschiedene Ansprechkurven und
variierende Effizienzgrade hinsichtlich wie die Energie absorbiert
wird. Aufprallenergieabsorption wird durch Multiplikation einer
Kraft des Aufprallwiderstandes mal dem Aufprallhub einer Komponente berechnet.
Eine Komponente, welche eine hohe Effizienz an Energieabsorption
aufweist, wird im Allgemeinen als Komponente beschrieben, die kontinuierlich
eine erwünschte
maximale Menge an Energie über
eine erwünschte
maximale Stauchdistanz absorbiert. Wenn eine rohrförmige Struktur
nach einem Stoß in
einer nahen axialen Richtung umbiegt absorbiert sie Energie, jedoch
nicht auf eine sehr effiziente Weise. Ein ergiebigeres Verhalten
wäre, wenn
das Rohr in sich selbst, in einer akkordeonartigen Weise, zusammenquetscht.
Die akkordeonartige Deformierung stellt den Großteil an Energieabsorption
in dem bereitgestellten Packungsplatz zur Verfügung. Das endgültig deformierte
Stück stellt
den kleinsten Packungsplatz des zusammengequetschten Materials dar.
Die vorliegende Erfindung, welche in dieser Anmeldung als eine quetschbare
rohrförmige
Struktur bzw. Aufbau beschrieben wird, quetscht in einer akkordeonartigen
Weise in sich selbst zusammen, wenn in einer angenähert axialen
Richtung ein Stoß ausgeübt wird.
Dieses innovative Design kann für kleine
Anwendungen, beispielsweise als ein Stoßfänger, oder für größere Anwendungen
wie zum Beispiel eine Fahrzeuggestellkomponente, angepasst werden.
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Die
Verwendung von rohrförmigen
Strukturen für
beide, Fahrzeuggestellkomponenten und/oder Stoßfängerträger, ist nichts Neues. Diese Arten
von rohrförmigen
Strukturen wurden in vielen verschiedenartigen Komponenten durchweg
in dem Fahrzeug verwendet. Die meisten Anwendungen mit dieser Art
von rohrförmigen
Strukturen überschneiden
sich mit dem Schutz vor axialen und nahe axialen Stößen. Es
gibt diverse Fertigungsverfahren, mit welchen rohrförmige Strukturen
hergestellt werden können,
die in einer akkordeonartigen Weise in sich selbst zusammenquetschen,
wenn sie in einer nahen axialen Richtung aufgeprallt sind. Die mit
dem Herstellungsverfahren zusammen hängende Komplexität und die
diesem innewohnenden Kosten neigen dazu größer zu werden, wenn die Energiemanagement-Effizienz
von dem Design steigt. Fertigungsverfahren, welche in der Lage sind
rohrförmige
Strukturkomponenten herzustellen und welche nach hohen bis niedrigen
Kosten bewertet werden, umfassen hydroformierte, zweischalige Ausgestaltungen,
hergestellt aus zwei zusammen schweißpunktgesicherten Stanzteilen,
tiefgezogenen Stanzteilen, einfache Ausdehnung mit Hilfe von innen
liegenden Dornen bzw. Kernen, und einfache walzengeformte rohrförmige Ausgestaltungen
mit Quetschinitiator. Rohrförmige
Komponenten können
unter Verwendung von Hydroformierungsverfahren in komplexe Formen, welche
nicht einheitliche Querschnitte aufweisen, die entlang ihrer Länge variieren,
geformt werden, wobei die nicht einheitlichen Querschnitte für besondere Anforderungen
und Eigenschaften, wie zum Beispiel für Energieabsorption angefertigt
sind. Fahrzeugrahmen weisen beispielsweise oft hydroformierte Komponenten
auf. Hydroformierungs verfahren sind jedoch teuer, schmutzig (da
diese das Platzieren einer Flüssigkeit
in ein Rohr und dann die Druckbeaufschlagung der Flüssigkeit
beinhalten), und neigen dazu, verhältnismäßig lange Durchlaufzeiten zu
benötigen.
Weiterhin sind sie im Allgemeinen nicht zufriedenstellend, wenn
Materialien mit höherer
Festigkeit, wie zum Beispiel High-Strength-Low-Allog (HSLA) Materialien
und/oder Advanced-Ultra-High-Strength
Steel (AUHSS) Materialien verwendet werden, da diese Materialien
schwierig zu formen sind, eine niedrige Ausdehnungsfähigkeit
und schlechte Formbarkeit aufweisen, und dazu neigen, das Werkzeug
schnell abzunutzen.
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Es
ist erstrebenswert einen zusammendrückbaren Aufbau bereit zu stellen,
welcher aus hochfestem Stahl, jedoch mit angemessenen Kosten, hergestellt
werden kann und welcher bei einem Aufprall mit exzellent wiederholbarem
und vorhersehbarem Ergebnis zusammen gequetscht wird. So wird eine
Komponente, und eine Vorrichtung und ein Herstellungsverfahren für dasselbe
erwünscht,
welches die vorher genannten Vorteile aufweist und die vorher genannten
Probleme löst.
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ZUSAMMENFASSUNG DER VORLIEGENDEN
ERFINDUNG
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In
einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist eine Methode zum Formen einer axial
quetschbaren Struktur, welche zur Energieabsorption bei einem axialen
Aufprall einsetzbar ist beschrieben, umfassend das Bereitstellen
eines Rohrsegments, das Bereistellen eines Kompressionsgehäuses und
Keilgesenken, und das Positionieren des Rohres in das Kompressionsgehäuse und
das Positionieren der Verkeilformen zumindest teilweise in das Rohr.
Zumindest ein Teil des Rohres ist in eine zugespitzte bzw. konische
polygonale rohrförmige Form
mit einem nicht kreisförmigen
Querschnitt umgeformt, einschließlich der Verwendung des Kompressionsgehäuses um
eine äußere Form
zu kontrollieren während
die Verkeilformen verwendet werden, um das Rohrmaterial nach außen in Berührung mit dem
Kompressionsgehäuse
zu spreizen.
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In
einem anderen Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist eine rohrförmige knautschbare Struktur
mit in Längsrichtung
gehender aufprallenergieabsorbieren der Fähigkeit gebaut. Die zusammendrückbare Struktur
umfasst ein polygonales Rohr, welches einen zugespitzten Teil und
einen zweiten nicht zugespitzten Teil, welcher an dem zugespitzten
Teil ausgerichtet ist, aufweist. Das Rohr ist aus einem Material
gemacht, welches eine Zugfestigkeit von mindestens 40 KSI und eine
wesentlich konstante Wanddicke entlang seiner ganzen Länge hat.
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In
einer anderen Ausführung
der vorliegenden Erfindung ist eine rohrförmige quetschbare Struktur
derart gestaltet, dass sie eine in Längsrichtung aufprallenergieabsorbierende
Fähigkeit
aufweist. Die knautschbare Struktur umfasst ein polygonales Rohr,
welches einen zugespitzten polygonalen Teil und einen nicht zugespitzten
polygonalen Teil, aufweist und welches eine im Wesentlichen konstante
Wanddicke entlang seiner ganzen Länge hat.
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Diese
und weitere Merkmale, Gegenstände und
Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann
auf dem Gebiet aus der folgenden genauen Beschreibung der Erfindung,
der Zusammenfassung, den beigefügten
Ansprüchen und
den beigefügten
Zeichnungen leicht deutlich.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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In
den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines unbearbeiteten Rohrteils mit konstantem
Teil und ein fertig bearbeitetes rohrförmiges, doppelt zugespitztes,
rechteckiges Rohrteil, welches als ein Stoßstangen-Stauchturm verwendet
wird.
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2 eine
Seitenansicht einer zugespitzten Pressform, welche für das Formen
des unbearbeiteten Rohrteils verwendet wird.
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3 eine
Querschnittsansicht von einem Führungsrohr,
welches mit der zugespitzten Pressform verwendet wird.
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4 eine
Seitenansicht eines Stoßkragens,
welcher verwendet wird, um das runde Rohrteil in die zugespitzte
Pressform zu pressen.
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5a eine
perspektivische Ansicht eines doppelt zugespitzten runden Rohres,
welches aus dem unbearbeiteten Rohrteil geformt ist, 5b ist ein
doppelt zugespitztes rechteckiges Rohrteil, welches aus dem Rohr
aus 5a hergestellt ist, und 5c und 5d sind
Endansichten von 5a und 5b.
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6 eine
Perspektivansicht eines Dornsatzes, und 6a und 6b sind
entsprechend perspektivische Ansichten der äußeren Dorne und des inneren
Dorns.
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7 eine
perspektivische Ansicht eines Kompressionsgehäuses, welches mit den Dornen aus 6a und 6b für das doppelt
zugespitzte rechteckige Rohrteil aus 5b verwendet
wird.
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8 eine
Perspektivansicht des fertig bearbeiteten, doppelt zugespitzten
rechteckigen Teils mit Quetschinitiatoren.
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GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN
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Das
vorliegende Konzept verknüpft übliche, mit
geringen Kosten verbundene Herstellungsverfahren um ein Rohr aus
hochfestem Material herzustellen, welches bei einem nahezu axialen
Aufprall ein leichteres Teil produziert, welches eine gezwungene Biegereaktion ähnlich der,
welche bei den teureren hydroformierten Verfahren hergestellt wird,
aufweist. Die vorgeschlagenen erfinderischen Schritte basieren auf
der Fähigkeit,
rundes Rohrmaterial in eine doppelt zugespitzte, rechteckige Komponente
umzuformen. Quetschinitiatoren werden strategischerweise den doppelt
zugespitzten, rechteckigen Komponenten während des Herstellungsverfahrens
zugefügt.
Die Anmeldung konzentriert sich hier auf das doppelt zugespitzte
rechteckige Design, aber es soll vermerkt sein, dass dieses Konzept
und Herstellungsverfahren auf irgendeine polygonalförmige Rohrkomponente
angewendet werden kann. Jedem Fachmann auf dem Gebiet sollte ersichtlich
sein, dass die Herstellungsverfahren, welche in dieser Anmel dung
beschrieben werden, übliche
Materialeinschränkung,
die mit dem Umformen einer geraden, konstanten, geometrischen Form
in eine doppelt zugespitzte Geometrie einer anderen Form verbunden ist, überwinden.
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Die
vorgeschlagenen erfinderischen Schritte nutzen den Vorteil der Verformbarkeitseinschränkung, welche
mit den höher
physikalischen Eigenschaften solcher Materialien wie Baustahl, hochfestem-niedriglegiertem
Stahl (High-Strength-Low-Alloy/HSLA)
und Advanced-Ultra-High-Strength-Stahl (AUHSS) einhergehen und überwinden
diese. Wenn in der vorliegenden Anmeldung ein Bezug auf verschiedene
Stahlarten hergestellt ist, wird Baustahl als Material mit einer
Festigkeit von mindestens etwa 40 KSI oder höher, hochfester-niedriglegierter
Stahl (High-Strength-Low-Alloy/HSLA)
als Material mit einer Festigkeit von mindestens etwa 80 KSI oder
höher,
und Advanced Ultra-High-Strength Steel (AUHSS) als Material mit
einer Festigkeit von mindestens etwa 100 KSI oder höher definiert.
Die mit diesen Materialien verknüpften
höheren
physikalischen Eigenschaften bieten eine erhöhte Energieabsorption während der
Deformierung und ermöglichen das
Herunterkalibrieren der Dicke, um eine gleiche Leistung für das Dickerkalibrieren
von minderwertigen Materialien zu erzielen. Die Fähigkeit,
Dicke nach unten zu kalibrieren und Leistung aufrecht zu erhalten,
bedeutet eine Reduzierung der Teilekosten und im Wesentlichen eine
Reduzierung des Stückpreises.
Ein erheblicher Rückschritt
bei der Verwendung von Materialien mit höheren physikalischen Eigenschaften
ist, dass Materialien mit höheren
physikalischen Eigenschaften auch eine verminderte Verformbarkeit
aufweisen, wenn die physikalischen Eigenschaften zunehmen. Wenn
die Umform- und die Zugfestigkeit zunehmen, nimmt die Verlängerung und
wiederum die Verformbarkeit des Materials ab. Die dargelegten erfinderischen
Schritte überwinden die
Verformbarkeitseinschränkung,
welche mit der Verwendung von Materialien mit höheren physikalischen Eigenschaften
einhergeht und bieten die Möglichkeit,
Materialkalibrierung zu mindern, um eine ähnliche Leistung hingehend
zu formbareren Materialien zu erzielen.
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Der
folgende Ablauf beschreibt die Schritte, welche notwendig sind Verformbarkeitsprobleme, welche
mit der Verwendung von höherwertigen
Materialien zusammenhängen
zu überwinden
und ein doppelt zugespitztes bzw. konisches rechteckigförmiges Rohr
aus einem umgeformten runden Rohr herzustellen. Mit dem Begriff „doppelt
zugespitzt”,
wird ein Rohr mit einem ersten zugespitzten Teil und einem anderen
zweiten Teil (welches zugespitzt oder nicht zugespitzt sein kann)
beschrieben. Zu Darstellungszwecken wird ein rundes, kommerziell
erhältliches,
DOM-(Drawn-Over-Mandrel)Rohr
umgeformt, um ein doppelt zugespitztes rechteckiges Rohr zu bilden.
Wegen der zusätzlichen
Kaltverformung, welche mit dem DOM-Verfahren einhergeht, hat das DOM-Rohr
höhere
physikalische Eigenschaften als die von einem ERW-(Electrically
Resistance Welded)Rohr. Das DOM-Material, welches für dieses Beispiel
verwendet wird, hat folgende physikalische Eigenschaften; Umformfestigkeit
= 67.021 psi, Bruchfestigkeit = 83.775 psi, und eine 0,2%-ige Verlängerung
= 12,65%. DOM-Rohrmaterial mit einem äußeren Durchmesser von 4,75
Zoll (12,07 cm) wurde verwendet und die Länge des Rohrmaterials ist ungefähr 24 Zoll
(60,96 cm). Diese physikalischen Eigenschaften stehen in Übereinstimmung
mit Baustahl und HSLA-Stahl.
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In
dem ursprünglichen
runden rohrförmigen Teil 20 (auch
als „rundes
Rohrmaterial” bezeichnet) (I) wurde der äußere Durchmesser des DOM-Rohrmaterials
so eingestellt, dass der Umfang des Rohres im Vergleich zum Umfang
von dem großen
Ende des teilweise fertig gestellten, doppelt verjüngten rechteckigen
Rohres 20B leicht unterdimensioniert ist. Das teilweise
fertig gestellte, doppelt-konische rechteckige Rohr 20B hat
eine doppelt zugespitzte rechteckige Form, welche einen ersten rechteckigen
Abschnitt mit einem ersten Konus (oder keinem Konus) und einen zweiten
rechteckigen Teil mit einem unterschiedlichen zweiten Konus umfasst. Das
Einstellen des außeren
Durchmessers des kreisförmigen
Rohres auf diese Weise ermöglicht
eine etwas geringfügige
Ausdehnung, um den benötigten Umfang
von dem großen
Ende des doppelt zugespitzten Rechteckes zu erreichen (siehe 1).
Das Verformungs- und Ausdehnungsverfahren wird in späteren Absätzen genauer
beschrieben. Das Ausdehnungsmaß von
rund auf rechteckig sollte möglichst
klein gehalten werden, um die Belastung des Materials zu reduzieren.
Die Einstellung der Dehnung auf ein Minimum ist wesentlich unter
Berücksichtigung
der reduzierten Verformbarkeit von den höherwertigen Materialien, welche
wünschenswert für diese
Art von deformierbaren Energiemanagementkomponenten ist.
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Das
runde DOM-Rohr 20 wird in eine zugespitzte bzw. konische
Pressform 25 (2) gezwungen. Das Gesenk ist
aus gehärtetem
Stahl und kann auf einer Drehbank hergestellt werden. Die Pressform 25 wird
in Abschnitten 26 und 27 hergestellt, um eine
erleichterte Handhabung und auch eine Flexibilität bei Änderung von Konuswinkel und
Konustiefe zu ermöglichen.
Ein gerader Abschnitt 28 von der Pressform 25 kann
verwendet werden, um das runde Rohr 20 in das konische
Ende der Hauptpressform 25 zu führen und zu stützen, wenn
Bedenken in Zusammenhang mit einem Ausbauchen des runden Rohres
beim Eindrücken
in das konische Hauptgesenk 25 (3) aufkommen.
Für dieses
besondere Beispiel war ein gerades Teil 28 nicht notwendig
um das runde Rohrmaterial 20 einzuführen und zu unterstützen und
daher wurde es nicht für
das DOM-Rohrmaterial verwendet.
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Ein
spezieller Stoßkragen 29 (4),
welcher in das runde Rohr 20 passt, wurde entwickelt, um
Schubbelastungen an den äußeren Rand
des Rohrmaterials 20 zu bringen, wenn das Rohr 20 in die
zugespitzte Pressform 25 gedrückt wird. Das runde Rohr 20 wird
in die zugespitzte Pressform 25 (2) über eine
Distanz gedrückt,
die mit seiner erwünschten
Länge übereinstimmt.
An dem Endpunkt der Einführung
in die Pressform 25 ist der Umfang des geringer konischen
Endes des teilweise fertig gestellten runden Rohres 20A leicht
unterdimensioniert verglichen zu dem Endumfang des kleinen Endes
der verjüngten
rechteckigen Form im fertig gestellten Teil 21 (5). Das nun verjüngte runde Rohr 20A wird von
der Pressform 25 mittels einer aufwärts gerichteten Kraft zu dem
konischen Ende entfernt, wobei das Rohr 20A in einer umgekehrten
Richtung durch das obere Ende der Pressform 25 zurück gedrückt wird. Es
sei vermerkt, dass die beschriebene Pressform 25, welche
für das
Zuspitzen des runden Rohres 20A verwendet wird, ein Stück eines
Prototyp-Werkzeugs ist und eine andere Pressformkonfiguration für eine absatzstarke
Produktion geeigneter sein kann.
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Das
Zuspitzungsverfahren kann ein Größer werden
einer Länge
des ursprünglichen
Rohres 20 um ein kleines Maß, abhängend vom Maß der Verjüngung, verursachen.
Bemerkenswerterweise verursacht eine Änderung des Umfangs, dass sich
Material aus diesen schwerformierbaren Materialien in vorzugsweise
eine Längsrichtung
des Roh res 20 bewegt. Im Falle dieses Beispiels ist das
Rohr 20A ungefähr
um 0,25 Zoll (0,64 cm) größer geworden.
Die Menge des Längenzuwachses
des Rohres 20A ist von der Materialart, Materialdicke und
dem Verjüngungsmaß abhängig, dem
das unbearbeitete Rohr 20 ausgesetzt wird. Es kann einen
leichten Dickenzuwachs in dem runden Rohr 20A geben, wobei
diese Veränderung
der Dicke nicht als wesentlich betrachtet wird. Wenn ein Dickenzuwachs
vorliegt, ist dieser Dickenzuwachs an dem Ende des runden Rohres, welches
das größte Maß an Zuspitzung
erfährt,
am meisten ersichtlich. Eine Verlängerung des runden Rohres 20A durch
Zuspitzung vermindert tatsächlich das
Maß der
Veränderung
der Dicke an dem Punkt, an welchem die maximale Zuspitzung an dem
Rohr stattfindet (s. 5, Durchmesser „a”). Bei
dem hier gezeigten Beispiel ist die Materialdicke an dem zugespitzten
Ende nur um ca. 0,009 Zoll (0,02 cm) größer geworden. Dies ist mit
einer durchschnittlichen Materialdicke von ungefähr 0,132 Zoll (0,335 cm) in
dem vorliegenden Beispiel vergleichbar, so dass die Veränderung
der Dicke weniger als 7% beträgt.
Es sollte also vermerkt werden, dass für die in diesem Konzept vorgeschlagenen
Materialien, die Veränderung
in der Materialdicke für
die erhaltenen Coilgüter
im vorliegenden Beispiel normalerweise +/–0,005 Zoll (+/–0,013 cm)
oder ungefähr
4% ist. Die Änderung der
Materialdicke von nur 7% wurde daher in dem vorliegenden Beispiel
nicht als bedeutend betrachtet. Eine Änderung der Materialdicke von
ungefähr
7% oder weniger über
eine Länge
eines Rohres wird in dieser vorliegenden Beschreibung als eine im
Wesentlichen konstante Wanddicke, entlang der ganzen Länge eines
zugespitzten Rohres betrachtet.
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Das
zugespitzte runde Rohr 20A ist nun für das Umformen bereit. Das
zugespitzte runde Rohr 20A kann nun in ein doppelt zugespitztes
bzw. verjüngtes
Rechteck 20B umgeformt werden. Das Umformungsverfahren
wird aus einer Kombination von reinem Umformen und geringfügiger Expansion
umgesetzt. Die Ausdehnung wird minimal gehalten, so dass die Integrität der Wanddicke
des Rohres beibehalten wird. Ein dreiteiliger Dorn 30 wird
für das
Umformen des runden Rohres 20A (6) verwendet. Die äußeren zwei
Teile 31 und 32 des Dorns 30 sind so
geformt, dass sie die kürzeren
Seiten von dem Rechteck (6a) darstellen.
Diese Dorne 31 und 32 bedingen die Eckradien von
der fertig gestellten, rechteckigen Form. Der dritte Teil 33 des
Dornes 30 bildet das Mittelteil (6b). Die
zwei Dorne 31 und 32 sind verkeilt und passen
mit dem Mittelteil 33 von dem Dorn 30 zusammen.
Das Mittelteil 33 von dem Dorn 30 ist zugespitzt,
so dass wenn das Mittelteil 33 zwischen den zwei Dornen 31 und 32 nach
unten bewegt wird, die Dorne 31 und 32 auseinander
gehen, um einen zugespitzten rechteckigen Dorn 30 zu bilden. 6 zeigt
einen konstanten Winkelkonus zum Mittelteil 33, aber das
Mittelteil 33 und/oder die Dorne 31 und 32 können in
Wirklichkeit aus Teilen gemacht werden, welche zugespitzt sind und/oder
aus Abschnitten gemacht sein, welche nicht zugespitzt sind.
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Der
dreiteilige Dorn 30 kann oft nicht selbst verwendet werden,
um das zugespitzte runde Rohr 20A zu einem doppelt zugespitzten
Rechteck umzuformen, weil die gewünschten Materialien Einschränkungen
bei der Verformung aufweisen. Das Dornverfahren, welches benötigt wird
um die Form von rund auf rechteckig zu verändern, resultiert möglicherweise
in einer erheblichen Materialverdünnung gerade neben den Radien
des rechteckigen Endstücks.
Die Verdünnung
kann vorkommen, wenn die Umformungsmethode dem Material nicht die
Möglichkeit gibt,
von einer Form in die andere überzugehen.
Eine zusätzliche
Halterung zum Umformen unter Verwendung des inneren Dorns und gleichzeitiger
Minimierung der Materialverdünnung,
ist wünschenswert.
Es wurde ein Kompressionsgehäuse 35 (7)
entwickelt, um den Materialfluss während der Umformungsoperation,
welche Gebrauch von den innen liegenden dreiteiligen Dornen 31–33 macht,
zu unterstützen.
Das Kompressionsgehäuse 35 ist
ein zugespitztes Gehäuse,
in dem drei Seiten von dem Gehäuse
die fertige Form von dem doppelt zugespitzten Rechteck darstellen.
Die drei fertig gestellten Seiten sind die zwei kurzen Seiten und
eine von der langen Seite des Rechteckes. Das Kompressionsgehäuse 35 imitiert
nicht die Radien von der fertig gestellten Form nach, aber imitiert
anstelle dessen nur die allgemeine Stellung der Wände des
zugespitzten Rechteckes. Die nicht fixierte Fläche 36 des Kompressionsgehäuses 35 stellt
also eine der längeren Seiten
von dem Rechteck dar. Diese nicht fixierte Fläche 36 des Kompressionsgehäuses 35 wird
einwärts und
gegen das zugespitzte runde Rohr 20A angepasst, während die
Dorne 31–33 der
Länge von
dem zugespitzten runden Rohr 20A nach unten gezwungen werden.
Die Fähigkeit,
die nicht fixierte Fläche 36 des
Kompressionsgehäuses 35 anzupassen,
unterstützt
die Materialbewegung in einer Weise, die das Umformen der runden
Form von dem Rohr 20A in eine rechteckige Form von dem
fertig gestellten Teil 21 ohne Verdünnung und unerwünschter
Schwächung
erleichtert.
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Das
Kompressionsgehäuse 35 vermindert das
Ausdehnungsmaß,
welches benötigt
wird, das Teil umzuformen und wiederum das Maß der Materialverdünnung. Der
Wunsch, ein vermindertes Maß an
Ausdehnung durchzuführen,
ist notwendig, um die Enden von dem zugespitzten Rechteck zu dimensionieren
und gleichzeitig die Wiederholbarkeit der Endgeometrien durchzusetzen.
Es sei vermerkt, dass die detaillierte Ausführung des dargestellten Kompressionsgehäuses 35 nur
eine anpassbare bewegliche Fläche
zeigt. Es wird, wie auch immer, in Betracht gezogen und vorgesehen,
dass mehrere Seiten des Kompressionsgehäuses 35 zum Bewegen
oder Anpassen hergestellt werden können. Es wird in Betracht gezogen,
dass der Fachmann auf dem Gebiet, sobald er die vorliegende Erfindung
versteht, weiß, wie
man dies ausführt.
Die Verwendung von mehreren beweglichen Oberflächen des Kompressionsgehäuses 35 würde der
Materialbewegung helfen und könnte
bei dem Umformen von komplexeren polygonalen Formen erforderlich
sein. Die zusätzlichen
beweglichen Oberflächen
könnten
auch benötigt
werden, um die Toleranzen auf die geometrische Kalibrierung von
den fertig gestellten Formoberflächen und
-enden zu erhöhen.
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In
einem Produktionsverfahren ist vorgesehen, dass das Kompressionsgehäuse 35 mit
Hydraulik, Pneumatik und/oder Servo angepasst werden kann. Es ist
vorgesehen, dass die Anpassung von der nicht fixierten Fläche 36 des
Kompressionsgehäuses 35 in
Synchronisation mit der Stellung von den Dornen 31–32 abgestimmt
wird, sobald sie sich der Länge
von dem runden Rohr nach unten bewegen. Diese Kontrollweise würde auf
einem geschlossen Regelkreissystem basieren, in dem die Lokalisierung
von einem Merkmal des Verfahrens verwendet wird, um ein anderes
Merkmal des Verfahrens zu kontrollieren.
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Die
zugespitzte Form des Rechteckes in dem fertig gestellten Teil 21 unterstützt eine
akkordeonartige Zusammenquetschung, wenn das Rohr in einer nahen
axialen Richtung aufprallt. Die Wiederholbarkeit dieser Aufprallweise
ist aufgrund von leichten Veränderungen
in der Lastrichtung und dem Ort der Deformierung entlang der Länge des
Rohres fraglich. Normalerweise werden Quetschinitiatoren 40 (8)
zu den brechbaren Teilen hinzugefügt, um die Wiederholbarkeit
der Knautsch- bzw. Quetschhandlung zu verbessern. Die Art, Platzierung
und Anzahl von Knautsch- bzw. Quetschinitiatoren 40, welche
normalerweise benötigt
werden, brauchen einen Entwicklungsaufwand damit die am meisten
optimierte Ausführung
identifiziert werden kann. Die Quetschinitiatoren 40 können vorzugsweise
dem Teil hinzugefügt
werden, nachdem die Endform geformt wurde. Bei diesem Beispiel werden
die Quetschinitiatoren 40 zu der doppelt zugespitzten rechteckigen Form
hinzugefügt.
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Die
Knautschinitiatoren 40 können in einem Produktionsverfahren
unter Verwendung irgendeiner Art von Stanzverfahren, hydraulisch,
pneumatisch, etc. zugefügt
werden. Innere Abstützung
wird mehr als wahrscheinlich benötigt,
wenn die Quetschinitiatoren 40 in das Teil gestanzt werden.
Es ist vorgesehen, dass die Quetschinitiatoren 40 zu dem
Teil gefügt
werden können,
wenn die inneren Umformungsdorne in dem Teil positioniert sind.
Die innen liegenden äußeren Dorne 31, 32 brauchen
eine Entlastung an jedem der Orte, an denen die Initiatoren 40 platziert
werden sollen. Der mittlere Dorn 33 kann außerhalb
von dem Teil gesichert sein, wobei dies den zwei äußeren Dornen 31, 32 ein
Freikommen von den gerade eingestanzten Quetschinitiatoren 40 ermöglicht. In
einem wanderbalkenartigen Produktionsverfahren können die Quetschinitiatoren 40 in
einer allein stehenden Position dem Teil zugefügt werden. Es sollte auch vermerkt
sein, dass Löcher,
Schlitze, etc. im Allgemeinen in der Vergangenheit als Quetschinitiatoren
verwendet wurden. Das Herstellungsverfahren, welches mit dem Hinzufügen von
Löchern
oder Schlitzen in Verbindung steht, ist dem sogenannten dartartigen
Quetschinitiator ähnlich.
Beide Arten von Quetschinitiatoren benötigen eine Art von Stütze innerhalb
des Rohres, zum Beispiel Dorn, Gesenkstähle etc.
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Die
Vorteile der vorliegenden Erfindung beinhalten zumindest das Folgende.
Das Teil kann doppelt zugespitzt sein, so dass es eine Art von Gestalt aufweist,
welche sich als sehr robust für
das Zusammenquetschen in einer akkordeonartigen Art erweist, sofern
es in einer nahezu axialen Richtung belastet wurde. Das Herstellungs-„Bau”-konzept
benötigt nicht
ein hohes Maß an
Verformbarkeit in dem Material, so dass eine Verwendung von höherwertigem Stahl
ermöglicht
wird. Der vorliegende erfinderische Schritt liegt darin, dass geeignete
Rohrstähle
umfassend Baustahl (mit Zugfestigkeit von mindestens 40 KSI), hochfester
niedriglegierter (HSLA) Stahl (mit Zugfestigkeit von mindestens
80 KSI) und Advanced-Ultra-High-Strength-Stahl (AUHSS) (mit Zugfestigkeit
von mindestens 100 KSI oder mehr), welcher in dieser Anwendung einsetzbar
ist, einwandfrei ausgedehnt werden können. Diese tragbaren Materialklassen
sind erheblich höher
als jene, welche für
andere Herstellungsverfahren, wie Hydroformierung und Ausdehnung
akzeptierbar sind. Die notwendigen Herstellungsschritte sind nicht
einzigartig, aber anstelle dessen liegt die Einzigartigkeit dieses
Konzepts darin, wie diese Herstellungsverfahren kombiniert werden
um das Endprodukt herzustellen. Geeignete Materialwahl kann durch
Herunterkalibrieren der Materialdicke in einem leichter gewichteten
Teil resultieren und von den hochwertigeren Materialien Gebrauch
machen. Dies kann auch zu einer Verminderung des Stückpreises
führen.
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Es
ist verständlich,
dass Abweichungen und Änderungen
an der vorher beschriebenen Struktur gemacht werden können, ohne
von den Konzepten der vorliegenden Erfindung abzuweichen, und weiterhin
ist es verständlich,
dass solche Konzepte durch die folgenden Ansprüche gedeckt sind, außer, wenn
diese Ansprüche
dies durch ihre Sprache anders darstellen.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ein
Verfahren umfassend Schritte für
das Bereitstellen von rundem Rohrmaterial (20), das Bereitstellen
eines Kompressionsgehäuses
(35) und Keilgesenken (25), und das Umformen des
runden Rohres (20) in ein einzelnes oder doppelt-verjüngtes Rohr
(21), umfassend die Verwendung des Kompressionsgehäuses (35)
um eine äußere Form
zu kontrollieren während
die Verkeilformen (25) verwendet werden, um das Rohrmaterial
(20) nach außen
zu dem Kompressionsgehäuse
(35) zu spreizen. Diese Anordnung verringert Materialverdünnung. Es
wird eine rohrförmige
quetschbare Struktur (21) hergestellt, die für longitudinale
Aufprallenergie-Absorptionsfähigkeit
gestaltet ist. Die quetschbare Struktur (21) umfasst ein
einzelnes oder doppelt-verjüngtes Rohr
(21), welches aus Material mit einer Zugfestigkeit von
mindestens 40 KSI gefertigt ist. In einer engeren Gestalt ist die
Zugfestigkeit mindestens 80 KSI, allerdings kann diese auch 100
KSI oder höher sein.