DE19831047A1 - Verfahren zur Herstellung von rohrartigen Strukturelementen und Strukturelement - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von rohrartigen Strukturelementen und StrukturelementInfo
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Description
Rohrartige Strukturelemente werden in den Karosserien von
Personenkraftwagen (Pkw) in den verschiedensten Bereichen
eingesetzt, um das Gewicht der Pkw's zu reduzieren, ohne
hierbei jedoch die Festigkeit bzw. Steifigkeit der Karos
serien zu beeinträchtigen.
Einige dieser Strukturelemente weisen über ihre Länge ge
sehen große Querschnittsunterschiede auf. So besitzen
insbesondere die seitlichen A-, B- und C-Säulen im Be
reich der Anschlußstellen an die Bodenschweller deutlich
größere Querschnitte als im Bereich der Anschlußstellen
an die Dachholme. Auch die zwischen den Anschlußstellen
liegenden Bereiche der Strukturelemente weisen durchweg
andere sowie untereinander differierende Querschnittskon
turen auf. Infolge dessen werden derartige Strukturele
mente bislang zumeist aus gepreßten stählernen Schalen
zusammengesetzt. Dabei werden die Schalen jedes Struktur
elements für sich in einem Preßformwerkzeug geformt und
anschließend miteinander verschweißt. Aufgrund der not
wendigen Verzinkung zur Erhöhung der Korrosionsbeständig
keit können die gepreßten Schalen aber nur partiell
durch Punktschweißungen miteinander verbunden werden. So
mit ist die Steifigkeit sowie die Festigkeit der Struk
turelemente begrenzt. Auch ist die Fertigung im Preßum
formverfahren relativ aufwendig, da die erforderlichen
Werkzeuge teuer sind und zudem bezüglich ihrer Maßhaltig
keit permanent überwacht werden müssen.
Im Umfang des "Handbuches der Umformtechnik" der Schuler
GmbH, Bahnhofstr. 41, 73033 Göppingen, Springer-Verlag
Berlin Heidelberg 1996 ist es allgemein bekannt, A-, B-
und C-Säulen von Pkw's im hydraulischen Innenhochdruckum
formverfahren aus konisch gerollten und verschweißten
Blechen herzustellen. Über die spezielle Konfiguration
der Säulen und ihre Fertigung ist dem "Handbuch" aller
dings nichts zu entnehmen.
Der Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die
Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von rohr
artigen Strukturelementen für Pkw-Karosserien und ein
Strukturelement zu schaffen, bei welchen unter erhöhten
Festigkeits- und Steifigkeitsanforderungen deutliche Ge
wichtsreduzierungen im Sinne des Leichtbaus gewährleistet
werden können.
Die verfahrensmäßige Lösung dieser Aufgabe besteht nach
der Erfindung in den Merkmalen des Anspruchs 1.
Die Lösung des gegenständlichen Teils der Aufgabe besteht
in den Merkmalen des Anspruchs 2.
Die Erfindung kombiniert verschiedene bekannte Umformver
fahren miteinander, um letztlich sicherzustellen, daß
auch rohrartige Strukturelemente mit über ihre Länge
großen Querschnittsunterschieden unter Einsatz der
hydraulischen Innenhochdruckumformtechnologie mit erhöh
ter Festigkeit, verbesserter Maßhaltigkeit und größerer
Steifigkeit bei deutlicher Gewichtsreduzierung kostengün
stig hergestellt werden können. In diesem Zusammenhang
werden unter großen Querschnittsunterschieden solche ver
standen, die 30% und mehr betragen.
Das Verfahren geht aus von metallischen Platinen, insbe
sondere aus Stahl, aus Kalt- oder Warmband mit guter Um
formbarkeit oder aus Aluminiumlegierungen. Ferner ist der
Einsatz von Tailored Blanks denkbar. Von diesen Platinen
werden zunächst unter Berücksichtigung der gewollten End
form entsprechend konfigurierte Bleche durch Schneiden
oder Stanzen abgeteilt. Diese Bleche werden dann zu koni
schen Schlitzrohren geformt. Anschließend werden die an
einanderstoßenden Längskanten der Schlitzrohre über ihre
gesamte Länge miteinander verschweißt und derart Konus
rohre gebildet. Das Verschweißen der Stoßkanten der
Schlitzrohre kann durch Laserschweißen, Plasmaschweißen
oder MIG-/MAG-/WIG-Schweißen erfolgen. Bei dem Einsatz
von Tailored Blanks können Schlitzrohre mit unterschied
lichen Wanddicken und aus verschiedenen Materialien be
reitgestellt werden.
Im Anschluß an die Verschweißung werden die dann vorlie
genden Konusrohre einem Biegevorgang unterworfen, um sie
dem generellen Verlauf von Strukturelementen zur Verstei
fung der Seitenwände von Pkw-Karosserien weitgehend an
zugleichen. Ein solcher Biegevorgang mit Krümmung der
Längsachsen kann bei geeigneter Biegekontur in einem Hy
droformwerkzeug durchgeführt werden. Vorstellbar sind
aber auch andere Umformverfahren.
Da die Strukturelemente letztlich in allen Längenberei
chen einen mehreckigen Querschnitt mit unterschiedlichen
Querschnittsausbildungen aufweisen, werden die geschweiß
ten und gekrümmten Konusrohre dann mechanisch mehreckig
geprägt. Hierdurch erhalten die Konusrohre eine umform
technisch optimale Ausgangsform für die sich an
schließende hydraulische Innenhochdruckumformung. Auch
sind die derart geprägten Profilrohre wesentlich problem
loser in ein Hydroformwerkzeug einzulegen.
Um die zum einwandfreien Anbinden der Strukturelemente an
die Pkw-Karosserien notwendigen großen Querschnitte an
den Rohrenden zu erzeugen, können gemäß einer ersten Al
ternative die gekrümmten Konusrohre vor dem Prägen stark
aufgeweitet werden. Hierzu werden z. B. entsprechend ge
staltete Dorne, insbesondere mittels Hydraulikzylinder,
in die Rohrenden gepreßt. Die trichterartig aufgeweite
ten Querschnitte bleiben dabei weitgehend rund. Dadurch
ist die Streckung der Rohrenden gleichmäßig und es lassen
sich größte Aufweitverhältnisse erreichen.
Eine zweite Alternative sieht vor, daß die Rohrenden
parallel zum Prägen mechanisch aufgeweitet werden. Dieses
Aufweiten kann im Prägewerkzeug mittels geeigneter Dorne
durchgeführt werden, die insbesondere mittels Hydraulik
zylinder in die Rohrenden gepreßt werden.
Je nach Lage der Strukturelemente in der Pkw-Karosserie
können sie über ihren Längenverlauf S-, T- oder winkel
förmige bzw. rechteckige oder annähernd rechteckige Quer
schnitte aufweisen.
Es ist im Rahmen der Erfindung durchaus denkbar, daß das
Biegen eines Konusrohrs und das Verprägen zu einem Pro
filrohr mit unterschiedlichen mehreckigen Querschnitten
in einem einzigen Fertigungsschritt zusammengefaßt sein
kann.
Im Anschluß an das Aufweiten und Prägen erfolgt die End
umformung mit Hilfe des hydraulischen Innenhochdruckver
fahrens unter gleichzeitiger hydraulischer Lochung und
Kalibrierung in die Endkonfiguration der Strukturele
mente.
Bei den derart hergestellten Strukturelementen einer Pkw-Karos
serie können jetzt unter Anwendung des erfindungsge
mäßen Verfahrens im Sinne des Leichtbaus deutliche Ge
wichtsreduzierungen erzielt werden. Auch wird den erhöh
ten Festigkeits- und Steifigkeitsanforderungen vorteil
haft Rechnung getragen, die durch neuere gesetzliche Rah
menbedingungen zur Steigerung des Seitenaufprallschutzes
von Pkw vorgeschrieben sind.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand der Fig. 1 bis 9
eines in den Zeichnungen veranschaulichten Fertigungs
gangs eines Strukturelements in Form einer B-Säule für
die Karosserie eines Pkw's näher erläutert.
Zur Schaffung eines aus der Fig. 9 im Schema erkennbaren
Strukturelements 1 wird zunächst aus einer nicht näher
dargestellten stählernen Platine unter Berücksichtigung
der gewünschten Endform des Strukturelements 1 ein Blech
2 abgeteilt (Fig. 1). Dieses Blech 2 besitzt eine im we
sentlichen trapezförmige Konfiguration mit geraden,
gleich langen Längskanten 3, 4 und gekrümmten Querseiten
5, 6 unterschiedlicher Länge. Die Querseite 5 ist konvex
gestaltet, während die Querseite 6 konkav ausgebildet
ist. Die Längenunterschiede der Querseiten 5, 6 bestimmen
letztlich auch die mündungsseitigen Querschnittsunter
schiede des fertigen Strukturelements 1 gemäß Fig. 9.
Das Blech 2 wird anschließend gemäß Fig. 2 zu einem ko
nischen Schlitzrohr 7 gerollt. Die Längskanten 3, 4 lie
gen dann parallel nebeneinander. Durch die Querseiten 5,
6 werden unterschiedlich große endseitige Mündungsquer
schnitte 8, 9 gebildet.
Daraufhin werden die aneinanderstoßenden Längskanten 3, 4
des Schlitzrohrs 7 entsprechend Fig. 3 über ihre gesamte
Länge verschweißt, so daß ein Konusrohr 10 mit gerader
Längsachse 11 und Schweißnaht 12 entsteht.
Dieses Konusrohr 10 wird nunmehr gemäß Fig. 4 derart
einem Biegevorgang unterworfen, daß die Längsachse 11 im
Hinblick auf die gewünschte Endform des Strukturelements
1 gemäß Fig. 9 gekrümmt wird. Hierbei sind die angrei
fenden Biegekräfte mit den Pfeilen PF, PF1 und PF2 be
zeichnet. Es wird ein gekrümmtes Konusrohr 13 gebildet.
Nach dem Biegen werden die Rohrenden 14, 15 des gekrümm
ten Konusrohrs 13 entsprechend der Darstellung der Fig.
5 trichterartig aufgeweitet. Dazu werden in der erforder
lichen Weise ausgebildete Dorne 16, 17 mittels durch die
Pfeile F dargestellter hydraulischer Zylinder in die
Rohrenden 14, 15 gepreßt. Es liegt dann das endseitig
aufgeweitete gekrümmte Konusrohr 18 vor.
Diese Konusrohr 18 wird nunmehr mechanisch zu einem im
Querschnitt QU mehreckigen, über die Rohrlänge unter
schiedliche Konturen aufweisenden Profilrohr 19 geprägt
(Fig. 6 und 7). Die Querschnittskonturen QU des Pro
filrohrs 19 in den diversen Längenabschnitten sind gemäß
Fig. 7 weitgehend U-förmig mit seitlichen Flanschen 20.
Zur Erhaltung der Zeichnungsübersichtlichkeit ist in der
Fig. 7 beispielsweise nur eine von mehreren voneinander
abweichenden Querschnittskonturen QU veranschaulicht. Da
mit entsprechen diese Konturen QU annähernd den Konturen
Q des fertigen Strukturelements 1 gemäß Fig. 9. Dieses
spezielle Prägen des endseitig aufgeweiteten gekrümmten
Konusrohrs 19 dient dem Ziel, bei dem sich anschließenden
hydraulischen Innenhochdruckumformen die gewünschte End
konfiguration des Strukturelements 1 sicher gewährleisten
zu können. Das heißt, es werden zu große lokale Ab
streckungen vermieden, die zu einem Bersten des Bauteils
beim Hydroformen führen könnten. Zudem wird durch das
Vorprägen ein problemloses Einlegen des Bauteils in das
Hydroformwerkzeug gewährleistet.
Im Anschluß an das Aufweiten und Prägen gemäß den Fig.
5 und 6 wird das endseitig aufgeweitete Profilrohr 19
der Fig. 6 und 7 durch hydraulische Innenhochdruckum
formung unter gleichzeitiger Kalibrierung gemäß Fig. 8
in die Endform des Strukturelements 1 gemäß Fig. 9 ge
bracht. Der Druck hierfür wird über die Stirnseiten 21,
22 gemäß den Pfeilen D eingeleitet. Es gelangt ein flüs
siges Hydraulikmedium zur Anwendung.
Hieran schließt sich dann eine Endenbearbeitung an. Diese
ist durch die Pfeile 23 und 24 der Fig. 9 veranschau
licht.
Während der hydraulischen Innenhochdruckumformung können
eventuell notwendig werdende Ausnehmungen in der Wand des
Strukturelements 1 durch Hydrolochen erzeugt werden.
1
Strukturelement
2
Blech
3
Längskante v.
2
4
Längskante v.
2
5
Querseite v.
2
6
Querseite v.
2
7
Schlitzrohr
8
Mündungsquerschnitt
9
Mündungsquerschnitt
10
gerades Konusrohr
11
Längsachse v.
10
u.
13
12
Schweißnaht
13
gekrümmtes Konusrohr
14
Ende v.
13
15
Ende v.
13
16
Aufweitdorn
17
Aufweitdorn
18
gekrümmtes aufgeweitetes Konusrohr
19
Aufgeweitetes Profilrohr
20
Flansche v. QU
21
Stirnseite v.
19
22
Stirnseite v.
19
23
Pfeil
24
Pfeil
D Druckpfeile
F Zylinder
PF Biegekraft
PF1 Biegekraft
PF2 Biegekraft
QU Kontur
D Druckpfeile
F Zylinder
PF Biegekraft
PF1 Biegekraft
PF2 Biegekraft
QU Kontur
Claims (2)
1. Verfahren zur Herstellung von rohrartigen Struktur
elementen (1) zur Versteifung der Seitenwände von
Pkw-Karosserien, bei welchem zunächst aus metalli
schen Platinen zugeschnittene Bleche (2) zu konischen
Schlitzrohren (7) geformt, dann die aneinander
stoßenden Längskanten (3, 4) der Schlitzrohre (7) auf
ihrer gesamten Länge miteinander verschweißt und da
nach die derart gebildeten konischen Rohre (10) unter
Krümmung der Längsachsen (11) gebogen werden, worauf
die gekrümmten Konusrohre (13) entweder endseitig me
chanisch trichterartig aufgeweitet und danach eben
falls mechanisch zu im Querschnitt mehreckigen, mit
über die Rohrlänge unterschiedliche Konturen (QU)
aufweisenden, der Endkonfiguration der Strukturele
mente (1) angenäherten Profilrohren (19) geprägt oder
die Rohrenden (14, 15) der Konusrohre (13) im Zuge
der Prägung zu Profilrohren (19) mit entsprechend ge
stalteten Dornen (16, 17) stark aufgeweitet werden,
und daß dann die Profilrohre (19) mittels hydrauli
schem Innenhochdruck unter gleichzeitiger hydrauli
scher Lochung und hydraulischer Kalibrierung in die
Endkonfiguration der Strukturelemente (1) umgeformt
werden.
2. Strukturelement zur Versteifung der Seitenwände von
Pkw-Karosserien, bestehend aus einem durch mechani
sche Prägung mit anschließender hydraulischer Innen
hochdruckumformung aus einem längsnahtgeschweißten,
eine gekrümmte Längsachse (11) aufweisenden Konusrohr
(13) umgeformten Profilrohr (19) mit über die Rohr
länge verschiedenen mehreckigen Konturen, dessen un
terschiedlich große Mündungsquerschnitte aufweisenden
Enden (14, 15) im Zuge der Abdichtung zur Innenhoch
druckumformung trichterartig aufgeweitet werden.
Priority Applications (1)
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DE19831047A DE19831047C2 (de) | 1997-07-14 | 1998-07-13 | Verfahren zur Herstellung von rohrartigen Strukturelementen und Strukturelement |
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DE (1) | DE19831047C2 (de) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2000010748A1 (en) * | 1998-08-25 | 2000-03-02 | R.J. Tower Corporation | Method of hydroforming tubular members |
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EP1136306A3 (de) * | 2000-03-23 | 2004-01-21 | Benteler Ag | Instrumententräger |
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DE10358845B4 (de) * | 2003-12-16 | 2010-07-22 | Heinrich Gillet Gmbh | Verfahren zum Herstellen von kurzen gebogenen Rohrstücken |
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DE102004017343A1 (de) † | 2004-04-06 | 2005-11-03 | Muhr Und Bender Kg | Verfahren zur Herstellung von Profilen mit in Längsrichtung veränderlichem Querschnitt |
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1998
- 1998-07-13 DE DE19831047A patent/DE19831047C2/de not_active Expired - Fee Related
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