DE19604357A1

DE19604357A1 - Verfahren zur Herstellung von Rohren mit Abschnitten unterschiedlicher Wanddicke

Info

Publication number: DE19604357A1
Application number: DE19604357A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl Ing Streubel; Udo Dr Ing Klasfauseweh
Original assignee: Benteler Deustchland GmbH
Current assignee: Benteler Deustchland GmbH
Priority date: 1996-02-07
Filing date: 1996-02-07
Publication date: 1997-08-14
Anticipated expiration: 2016-02-08
Also published as: DE59703455D1; PT788849E; US5924316A; EP0788849A1; EP0788849B1; ES2157493T3; DE19604357B4

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Rohren mit Abschnitten unterschiedlicher Wanddicke aus einem anfangs ebenen Blech.

Durch die DE 33 43 709 A1 gehört ein Verfahren zur For mung von Rahmenteilen für Kraftfahrzeuge zum Stand der Technik, bei dem ein Metallblech zunächst so gewalzt wird, daß parallele Vertiefungen gebildet werden. Diese unterschiedlichen Wanddicken sollen sich dadurch ergeben, daß die Walze im Durchmesser unterschiedlich große Ab schnitte hat.

Das gewalzte Metallblech wird anschließend zugeschnitten und die einzelnen Stücke in Längsrichtung gebogen. Auf diese Weise können Rahmenteile geschaffen werden, die im Querschnitt zwar unterschiedliche Wanddicken haben, je doch über die Länge gesehen stets gleich bleibende Quer schnitte aufweisen. Es ist nicht möglich, in Längsrich tung der Rahmenteile in der Wanddicke partiell reduzierte Bereiche zu schaffen, um den jeweiligen örtlichen Span nungsspitzen gezielt Rechnung zu tragen. Hierauf zielt jedoch die Erfindung ab.

Der Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, ein wirtschaftliches Verfahren zur Her stellung von material- und gewichtssparenden Rohren zu schaffen, insbesondere als Zwischenprodukt für Bauteile, die über ihre Länge gesehen unterschiedlichen Belastungen ausgesetzt sein können.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren ge löst, bei dem eine gezielte walzende Verformung des Aus gangsblechs mit in Walzrichtung bereichsweise wechselnden Blechdicken vorgenommen wird. Anschließend wird das ge walzte Blech bedarfsgerecht beschnitten. Das so entstan dene Zwischenprodukt wird dann zu einem Rohr geformt und entlang der Stoßkanten fügetechnisch verbunden.

Auf diese Weise kann ein Rohr hergestellt werden, welches in Längsachsrichtung Abschnitte unterschiedlicher Wand dicke aufweist. Dieses bereichsweise wanddickenreduzierte Rohr wird für die Herstellung von Bauteilen verwendet, die unter äußerer Belastung stehen, bei denen aber die auftretenden Spannungen aufgrund der Bauteilkonstruktion verteilt über das Bauteil in unterschiedlicher Höhe vorliegen. Beispiele für derart unterschiedlich stark be lastete Bauteile sind Karosserieteile oder Fahrwerkskom ponenten von Kraftfahrzeugen. Werden die Bauteile nach der Maximalbelastung dimensioniert, führte dies bisher nicht nur zu einem unnötigen Materialeinsatz, sondern vor allem auch zu einem unnötigen Gewicht. Diese Nachteile werden erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß die Rohre, die zur Herstellung der Bauteile verwendet werden, ent sprechend der späteren Belastung in den einzelnen Berei chen der Bauteile unterschiedlich dimensioniert sind. Da mit wird man den zu erwartenden späteren Belastungen ge recht und kann darüberhinaus auch Material und damit Ge wicht einsparen.

Zweckmäßigerweise wird als Ausgangsmaterial ein Metall blech eingesetzt mit einer der größten Wanddicke des zu fertigenden Rohrs entsprechenden Dicke. Selbstverständ lich kann aber auch das Ausgangsmaterial mit einem ent sprechenden Übermaß bereitgestellt werden. Vorteilhaft wird das Ausgangsmaterial von einem Coil abgezogen und der walztechnischen Weiterverarbeitung zugeführt.

Auf die spätere Verwendung der hergestellten Rohre abge stimmt erfolgt dann eine gezielte partielle Wanddickenre duktion durch Walzen. In diesem Zusammenhang erlaubt es die Erfindung durchaus, die Walzrichtung den jeweiligen Konfigurationen des späteren Rohrs anzupassen. Dabei kön nen die Ausgangsbleche auch zweimal oder ggf. mehrfach in verschiedenen Richtungen partiell gewalzt werden. Dadurch kann die jeweilige Dicke entsprechend den Erfordernissen beliebig auch stufenweise variiert werden. Verschiedene Abstreckraten und unterschiedliche Übergangsbereiche zwi schen den dickeren und dünneren Bereichen sind möglich. Die Übergänge von einem Blechdickenbereich zum anderen können stufenlos oder gestuft sein.

Das Walzen kann in einem Zweiwalzengerüst erfolgen. Durch Variation der Walzengeometrie im Walzeneinlauf kann die Symmetrie bezüglich der Mittelquerebene in vorgebbaren Grenzen beeinflußt werden.

Das so gezielt verformte Blech weist bewußt variierende Querschnitte auf, um entsprechend dem Einsatzfall diver sen Bereichen genau diejenigen Wanddicken zu vermitteln, welche auf die jeweiligen Belastungen und damit auch die örtlich voneinander abweichenden Spannungsspitzen abge stimmt sind, denen diese Bereiche im praktischen Einsatz ausgesetzt werden.

Im Anschluß an die walztechnische Verformung wird das Blech auf Maß geschnitten, um die Längsachse zu einem Rohr umgeformt und entlang der Stöße fügetechnisch ver bunden. Dies geschieht üblicherweise durch Verschweißen der Stöße. Hierzu stehen unterschiedliche Verfahren zur Verfügung, beispielsweise Laser-, Schutzgas-, Induktiv- oder Widerstandsschweißen.

Da mit dem Abstreckverfahren sowohl symmetrische als auch stark unsymmetrische Geometrien erzeugt werden können, empfiehlt es sich, die mit den weniger stark ausgebilde ten Absätzen versehene Seite oder die annähernd glatt ausgebildete Seite auf die Außenseite des Rohrs zu legen.

Nach den Merkmalen des Anspruchs 2 kann das gewalzte Blech vor der umformtechnischen Weiterverarbeitung in parallel zur Walzrichtung verlaufende Blechstreifen ge teilt werden. Auf diese Weise lassen sich aus einer großen Ausgangsplatine mehrere Rohre gleicher Konfigura tion herstellen.

Die Umformung der Bleche oder Blechstreifen zu Rohren kann in einem Einrollwalzwerk vorgenommen werden. Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, aus den gewalzten Blechen in einem Gesenk zunächst ein Halb kreisprofil zu prägen und anschließend in einem weiteren Prägeschritt die Fertigformung zum Rohr vorzunehmen.

Im Bedarfsfall kann auch eine Teilung eines Rohrs in kür zere Längenabschnitte vorgenommen werden.

Besonders vorteilhaft eignet sich das Verfahren zur Her stellung von Rohren für die Herstellung von Kraft fahr zeugbauteilen.

Die Erfindung ist nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnun gen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 in perspektivischer Darstellungsweise ein ab gestrecktes Blech mit bereichsweise unter schiedlichen Blechdicken;

Fig. 2 ein Blech gemäß der Fig. 1 in der Drauf sicht;

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform eines Blechs in der Seitenansicht und

Fig. 4 den Umformvorgang einer Platine zu einem Rohr in drei Teildarstellungen.

In der Fig. 1 ist ein Ausschnitt eines Blechs 1 darge stellt, bei dem durch eine gezielte walzende Verformung Bereiche 2-5 abgestreckt worden sind mit in Walzrichtung WR wechselnden Blechdicken s₂ bis s₅.

In den Übergangsbereichen 6, 7 und 8 gehen die Bereiche 2-5 jeweils durch eine Schräge 9, 10, 11 nahezu stufenlos ineinander über.

Auf der Unterseite 12 weist das Blech 1 eine annähernd glatte Oberfläche 13 auf.

Die Fig. 2 zeigt ein Blech 1 in der Draufsicht. Bei dem verformten Blech 1 weisen die Bereiche 2-5 gezielt solche Wanddicken auf, die abgestimmt sind auf die jeweiligen Belastungen und Spannungsspitzen, denen ein aus dem Blech 1 gefertigtes Rohr unterliegt bzw. die sich aus dessen praktischer Verwendung als Konstruktionsbauteil ergeben.

In der Fig. 3 ist ein Blech 14 dargestellt, welches über eine unsymmetrische Geometrie verfügt, bezogen auf seine Mittelquerebene MQ mit Bereichen 15-18 unterschiedlicher Blechdicke s₁₅-s₁₆. Sowohl die Oberseite 19 als auch die Unterseite 20 vom Blech 14 variieren dementsprechend stu fenweise in unterschiedlichen Abstreckraten.

Da die Oberfläche 19 die größeren Abstufungen aufweist, wird die Umformung des Blechs 14 zu einem Rohr zweckmäßi gerweise so vorgenommen, daß die Oberseite 19 die Innen seite des Rohrs und die Unterseite 20 die Außenseite des Rohrs bilden.

Die Herstellung eines Rohrs aus einer Platine 21 ist an hand der Fig. 4 technisch generalisiert beschrieben.

Auf diese Weise lassen sich Rohre wirtschaftlich und mit hoher Genauigkeit herstellen. Vor der Umformung zum Rohr ist die anfangs ebene Platine bereichsweise in ihrer Wanddicke walzend reduziert und anschließend entsprechend beschnitten worden. Die unterschiedliche Dimensionierung der Wanddicke ist auf die spätere Belastung des weiter verarbeiteten Rohrs im praktischen Betrieb abgestimmt.

Die Platine 21 wird in eine Matrize 22 eingelegt (Fig. 4, oben) und durch einen Stempel 23 belastet, wie dies durch den Pfeil F angedeutet ist. Dabei wird die Platine 21 in die Matrizenform 24 gezwungen und ein Halbkreispro fil 25 geprägt (Fig. 4, Mitte).

Im nächsten Schritt erfolgt die Umformung zu einem Rohr 26 in der Matrizenform 24 mit Hilfe des Stempels 27, der eine entsprechend auf das Rohr 26 abgestimmte Konfigura tion mit einer Gegenform 28 aufweist (Fig. 4, unten).

Im Anschluß daran werden die Stoßkanten 29, 30 mittels automatischem Laserschweißens mit Nahterkennung und -nachführung gefügt.

Das so fertiggestellte Rohr 26 steht dann für die weitere Verarbeitung zur Verfügung. Es weist in Achsrichtung Ab schnitte mit unterschiedlichen Wanddicken auf. Diese Kon figuration ist präzise abgestimmt auf die spätere Verwen dung des Rohrs und die dabei auftretenden Belastungen und Spannungen, denen das Rohr 26 dann unterliegt.

Bezugszeichenliste

1 Blech
2 Bereich v. 1
3 Bereich v. 1
4 Bereich v. 1
5 Bereich v. 1
6 Übergangsbereich
7 Übergangsbereich
8 Übergangsbereich
9 Schräge
10 Schräge
11 Schräge
12 Unterseite v. 1
13 äußere Oberfläche v. 1
14 Blech
15 Bereich v. 14
16 Bereich v. 14
17 Bereich v. 14
18 Bereich v. 14
19 Oberseite v. 14
20 Unterseite v. 14
21 Platine
22 Matrize
23 Stempel
24 Matrizenform
25 Halbkreisprofil
26 Rohr
27 Stempel
28 Gegenform
29 Stoßkante
30 Stoßkante
F Pfeil
MQ Mittelquerebene
S₂ Blechdicke in 2
S₃ Blechdicke in 3
S₄ Blechdicke in 4
S₅ Blechdicke in 5
S₁₅ Blechdicke in 15
S₁₆ Blechdicke in 16
S₁₇ Blechdicke in 17
S₁₈ Blechdicke in 18
WR Walzrichtung

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Rohren mit Abschnitten unterschiedlicher Wanddicke aus einem anfangs ebenen Blech, gekennzeichnet durch fol gende Maßnahmen:

a) gezielte walzende Verformung des Blechs mit in Walzrichtung (WR) bereichsweise wechselnden Blech dicken (s₂-s₅; s₁₅-s₁₈),
b) Zuschneiden des gewalzten Blechs (1, 14),
c) Umformung des gewalzten Blechs (1, 14, 21) zum Rohr (26) und
d) Fügen der Stoßkanten (29, 30).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gewalzte Blech (1) vor der Umformung in parallel zur Walzrichtung (WR) verlaufende Streifen geteilt wird und die Strei fen entsprechend den Maßnahmen c) und d) weiter ver arbeitet werden.

3. Rohr (26) mit in Achsrichtung unterschiedliche Wand dicken aufweisenden Abschnitten als Zwischenprodukt zur Herstellung mindestens eines Kraftfahrzeugbau teils.