DE19740102B4

DE19740102B4 - Hohlkörper aus verschiedenen Materialien

Info

Publication number: DE19740102B4
Application number: DE1997140102
Authority: DE
Inventors: Axel Jonscher; Jürgen Dr. Hillmann
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1997-09-12
Filing date: 1997-09-12
Publication date: 2006-03-23
Anticipated expiration: 2017-09-13
Also published as: DE19740102A1

Abstract

Hohlkörper (3) umfassend ein hohles Außenteil (1) und ein hohles Innenteil (2), bei denen Außenmaße des Innenteils (2) und Innenmaße des Außenteils (1) derart aufeinander abgestimmt sind, dass das Innenteil (2) von dem Außenteil (1) umfänglich umschlossen ist und Innenteil (2) und Außenteil (1) durch Aufweiten des Innenteils (2) mittels Innenhochdruckumformung miteinander verbunden sind, wobei das Außenteil (1) im Verhältnis zum Innenteil (2) aus einem Material gebildet ist, das hohe Festigkeitswerte aufweist und das Innenteil (2) im Verhältnis zum Außenteil (1) aus einem Material gebildet ist, das gute Verformbarkeit aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenteil (2) im Verhältnis zum Außenteil (1) aus einem Material gebildet ist, das ein geringes spezifisches Materialgewicht aufweist und dass das Außenteil (1) im Verhältnis zum Innenteil (2) zumindest im wesentlichen dünnwandiger ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Hohlkörper nach Anspruch 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern nach Anspruch 6 und eine Verwendung der Hohlkörper nach Anspruch 7.
Zur Herstellung von hochfesten Bauteilen aus dünnwandigen Blechen findet insbesondere im Fahrzeugbau im Karosseriebereich die sog. Innenhochdruckumformung (IHU) Anwendung, bei der z.B. zwei ineinander angeordnete und maßlich aufeinander abgestimmte Hohlkörper durch plastische Verformung z.B. des Innenkörpers miteinander untrennbar verbunden werden und damit Festigkeitswerte erreichbar machen, die ansonsten nur durch z.B. spanend geformte oder gepreßte Bauteile aus Vollmaterial erreichbar waren. Die plastische Verformung erfolgt hierbei durch Einpressen von Hydraulikflüssigkeit mit hohem Druck z.B. in den inneren, gegenüber seiner Umgebung abgedichteten Hohlkörper, der daraufhin plastisch geweitet wird und sich an die Innenwandung des äußeren Hohlkörpers anlegt. Hierdurch wird eine besonders innige, auch nach der Entlastung von dem Druck der Hydraulikflüssigkeit bleibende Verbindung zwischen den beiden Teilen hergestellt. Gegebenfalls muß der äußere Hohlkörper gegenüber eigenen Verformungen aufgrund des von innen drückenden Innenkörpers z.B. durch ein Gesenk abgestützt werden.

Aus der EP 0 780 284 A1 ist beispielsweise eine starre Verbindung zwischen Bauteilen bei einem Kraftfahrzeug bekannt, wobei ein erstes Bauteil als länglicher Hohlkörper ausgebildet ist und ein zweites Bauteil dieses umfänglich umschließt und wobei das erste Bauteil mittels Innenhochdruckumformen plastisch aufgeweitet wird. Hierzu werden die beiden Bauteile ineinander gesteckt und an axial beabstandet angeordneten radialen Querschnittsverengungen aneinander angelegt. Durch die Innenhochdruckumformung wird das eine größere Deformierbarkeit aufweisende innere Bauteil aufgeweitet und bildet in den Zwischenbereichen zwischen den Querschnittsverengungen durch die Aufweitung eine formschlüssige Verbindung mit dem äußeren Bauteil. Hierdurch entsteht ein sehr festes und gleichzeitig leichtes Werkstück.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, mit den Möglichkeiten der Innenhochdruckumformung hergestellte Bauteile im Hinblick auf eine Gewichtsreduzierung von Werkstücken weiter zu verbessern.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich hinsichtlich des Hohlkörpers aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1, hinsichtlich des Verfahrens aus den Merkmalen des An spruches 6 und hinsichtlich der Verwendung aus den Merkmalen des Anspruches 7 jeweils in Zusammenwirken mit den Merkmalen des jeweiligen Oberbegriffes. Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Hohlkörper.

Die erfindungsgemäße Lösung nach Anspruch 1 geht von einem Hohlkörper aus, der ein hohles Außenteil und ein hohles Innenteil umfaßt, bei denen die Außenmaße des Innenteils und die Innenmaße des Außenteils derart aufeinander abgestimmt sind, daß das Innenteil von dem Außenteil umfänglich umschlossen ist und Innenteil und Außenteil durch Aufweiten des Innenteils mittels Innenhochdruckumformung miteinander verbunden sind, wobei das Außenteil im Verhältnis zum Innenteil aus einem Material gebildet ist, das hohe Festigkeitswerte aufweist und das Innenteil im Verhältnis zum Außenteil aus einem Material gebildet ist, das gute Verformbarkeit aufweist. Das Verfahren der Innenhochdruckumformung ist hierbei aus dem Stand der Technik dem Fachmann vertraut und soll daher hier nicht weiter erläutert werden. In erfindungsgemäßer Weise wird nun das Innenteil im Verhältnis zum Außenteil aus einem Material gebildet, das ein geringes spezifisches Materialgewicht aufweist und das Außenteil ist im Verhältnis zum Innenteil zumindest im wesentlichen dünnwandiger ausgebildet. Hierdurch entsteht nach der Innenhochdruckumformung ein Verbund von Innenteil und Außenteil, der die Vorteile der beiden verwendeten Materialien in besonders vorteilhafter Weise miteinander verbindet.

Besonders vorteilhaft wird dabei das Innenteil im Verhältnis zum Außenteil dickwandiger ausgebildet sein und/oder es wird aus Magnesium oder Aluminium oder aus Verbindungen mit diesen Werkstoffen bestehen. Kombiniert wird ein derartiges Innenteil bevorzugt mit einem Außenteil aus einem Werkstoff mit hoher Streckgrenze, vorzugsweise aus Stahl, das außerdem bevorzugt im Verhältnis zum Innenteil dünnwandiger ausgebildet ist. Hierdurch wird die besonders gute plastische Umformbarkeit eines derartigen Innenmaterials mit der hohen Festigkeit des Außenmaterials kombiniert. In einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann durch die unterschiedlichen Materialdicken bei hohen Steifigkeiten des Materials des Außenteiles eine hohe Formstabilität des Gesamtkörpers trotz geringen Gesamtgewichts erreicht werden. Es läßt sich somit im Vergleich zu reinen Stahlbauteilen, die durch Innenhochdruckumformung hergestellt werden, Gewicht einsparen und im Verhältnis zu reinen Magnesium- oder Aluminiumbauteilen, die ebenfalls innenhochdruckumgeformt werden, eine höhere Zug- und Druckfestigkeit und damit eine größere Steifigkeit des resultierenden Bauteiles erreichen.

Besonders einfach und für viele Einsatzfälle von besonderer Bedeutung ist es, wenn der Hohlkörper eine im wesentlichen längliche Form aufweist, so daß Innenteil und Außenteil vor der Innenhochdruckumformung entlang der Längserstreckung in Form einer Steckverbindung ineinandersteckbar sind. Derartige längliche Bauteile können als tragende Konstruktionen, als Halbzeuge zur weiteren Verarbeitung (auch z.B. durch weitere anschließende Innenhochdruckumformung) oder als Ersatz für Rohre, Versteifungen und dgl. Anwendung finden, in denen bisher mit schweren Vollmaterialien die entsprechende Stabilität erreicht werden mußte.

In einer vorteilhaften Weiterbildung wird der Hohlkörper derart gestaltet, daß gezielt vor der Innenhochdruckumformung eingebrachte Oberflächenrauhigkeiten und/oder Formelemente an Innenteil und/oder Außenteil nach dem Aufweiten aufgrund der Innenhochdruckumformung eine schubsteife Verbindung zwischen Innenteil und Außenteil herstellen. Hierdurch wird die Haftung in den plastisch verformten Bereichen des Innenteiles mit den zugeordneten Bereichen des Außenteiles verbessert, wodurch beispielsweise Belastungen eines der beiden Fügepartner direkt und ohne Relativbewegungen auf den anderen Fügepartner übertragen werden.

Weiterhin beschreibt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern aus einem hohlen Innenteil und einem hohlen Außenteil, bei denen aufgrund der Maße von Innenteil und Außenteil das Innenteil in das Außenteil eingebracht wird und das Außenteil im Verhältnis zum Innenteil aus einem Material mit hohen Festigkeitswerten und das Innenteil aus einem im Verhältnis zum Außenteil Material guter Verformbarkeit und geringem spezifischen Materialgewicht durch Aufweiten des Innenteils mittels Innenhochdruckumformen miteinander verbunden werden.

Darüberhinaus wird eine Verwendung der Hohlkörper im Fahrzeugbau angegeben, insbesondere für Karosserieteile, vorzugsweise zur Herstellung von Rahmenbauteilen und Anbauteilen. Beispielsweise können derartige Bauteile im Karosseriebau zur Herstellung von Dachrelings, Montageträgern oder Hilfsrahmen Anwendung finden.

Eine besonders vorteilhafte Ausbildung des Hohlkörpers zeigt die Zeichnung.
Es zeigt:
1 einen Querschnitt durch die Fügepartner eines als Rohr ausgestalteten Hohlkörpers, dargestellt als Stadienplan in Einzelteilen vor und nach dem Innenhochdruckumformen.
In der 1 ist ein Hohlkörper 3 dargestellt, der aus einem Außenteil 1 aus einem dünnwandigen Stahlrohr und aus einem Innenteil 2 aus einem im Verhältnis zu dem Stahlrohr 1 dickwandigeren Magnesiumrohr aufgebaut ist. Die beiden Rohre 1 und 2 sind maßlich so gestaltet, daß das Innenteil 2 entlang der Rohrachse des Außenteiles 1 in das Stahlrohr 1 eingeschoben werden kann, ohne hierzu größere Kräfte zu benötigen. Andererseits sollte wegen der begrenzten Verformbarkeit des Innenteiles 2 bevorzugt nur relativ geringes Spiel zwischen dem Außendurchmeser des Innenteiles 2 und dem Innendurchmesser des Außenteiles 1 herrschen.
Nach dem an sich bekannten Vorgang der Innenhochdruckumformung ist das Innenteil 2 plastisch geweitet worden und hat sich in diesem Falle vollflächig mit seiner Außenwand an die Innenwand des Stahlrohres 1 angelegt. Hierdurch ist eine besonders schub- bzw. torsionsbelastbare Verbindung zwischen Innenteil 2 und Außenteil 1 hergestellt worden.
In der 1 nicht genauer dargestellt ist, daß auf dem Außenumfang des Innenteiles 2 und/oder auf der Innenfläche des Außenteiles 1 gezielt (z.B. durch Sandstrahlen) eingebrachte Oberflächenrauhigkeiten und/oder Formelemente wie z.B. Sicken, Rändelungen oder sonstige Erhebungen bzw. Vertiefungen eingebracht werden können, die eine besonders innige Verbindung zwischen Innenteil 2 und Außenteil 1 nach dem Innenhochdruckumformen erlauben.
Es versteht sich von selbst, daß die Erfindung sich auf jegliche Bauteilform und Querschnittsform direkt anwenden läßt, bei der Innenteil und Außenteil einander umschließend zugeordnet werden können. Insbesondere Hohlkörper im Bereich der Automobilfertigung sind von der Erfindung umschlossen.

Claims

Hohlkörper (3) umfassend ein hohles Außenteil (1) und ein hohles Innenteil (2), bei denen Außenmaße des Innenteils (2) und Innenmaße des Außenteils (1) derart aufeinander abgestimmt sind, dass das Innenteil (2) von dem Außenteil (1) umfänglich umschlossen ist und Innenteil (2) und Außenteil (1) durch Aufweiten des Innenteils (2) mittels Innenhochdruckumformung miteinander verbunden sind, wobei das Außenteil (1) im Verhältnis zum Innenteil (2) aus einem Material gebildet ist, das hohe Festigkeitswerte aufweist und das Innenteil (2) im Verhältnis zum Außenteil (1) aus einem Material gebildet ist, das gute Verformbarkeit aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenteil (2) im Verhältnis zum Außenteil (1) aus einem Material gebildet ist, das ein geringes spezifisches Materialgewicht aufweist und dass das Außenteil (1) im Verhältnis zum Innenteil (2) zumindest im wesentlichen dünnwandiger ausgebildet ist.
Hohlkörper (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenteil (2) aus Magnesium oder Aluminium oder aus Verbindungen mit diesen Werkstoffen besteht.
Hohlkörper (3) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenteil (1) aus Stahl besteht.
Hohlkörper (3) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (3) eine im wesentlichen längliche Form aufweist, so daß Innenteil (2) und Außenteil (1) vor der Innenhochdruckumformung entlang der Längserstreckung in Form einer Steckverbindung ineinandersteckbar sind.
Hohlkörper (3) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß gezielt vor der Innenhochdruckumformung eingebrachte Oberflächenrauhigkeiten und/oder Formelemente an Innenteil (2) und/oder Außenteil (1) nach der Innenhochdruckumformung eine schubsteife Verbindung zwischen Innenteil (2) und Außenteil (1) herstellen.
Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern (3) nach Anspruch 1 aus einem hohlen Innenteil (2) und einem hohlen Außenteil (1), bei denen aufgrund der Maße von Innenteil (2) und Außenteil (1) das Innenteil (2) in das Außenteil (1) eingebracht wird und das Außenteil (1) im Verhältnis zum Innenteil (2) aus einem Material mit hohen Festigkeitswerten und das Innenteil (2) aus einem im Verhältnis zum Außenteil (1) Material guter Verformbarkeit und geringem spezifischen Materialgewicht durch Aufweiten des Innenteils (2) mittels Innenhochdruckumformen miteinander verbunden werden.
Verwendung der Hohlkörper (3) nach Anspruch 1 im Fahrzeugbau, insbesondere für Karosserieteile, vorzugsweise zur Herstellung von Rahmenbauteilen und Anbauten.