DE19854076C1

DE19854076C1 - Hohlprofil mit zumindest einem seitlich abstehenden Flansch und ein Verfahren zur Herstellung desselben

Info

Publication number: DE19854076C1
Application number: DE19854076A
Authority: DE
Inventors: Konrad Eipper; Guenther Ast
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 1998-11-24
Filing date: 1998-11-24
Publication date: 2000-04-13
Anticipated expiration: 2018-11-25
Also published as: FR2786251A1; US6387533B1; GB9927668D0; GB2344083A; ES2174688A1; GB2344083B; ES2174688B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Hohlprofil, insbesondere Strangpreßprofil, mit zumindest einem seitlich abstehenden Flansch im Fahrzeug- oder Flugzeugbau und ein Verfahren zu dessen Herstellung. Um ein in einfacher Weise und unter Gewährleistung der Prozeßsicherheit umformbares mit Flansch versehenes Hohlprofil und ein Verfahren zu dessen Herstellung aufzuzeigen, wird vorgeschlagen, daß das Hohlprofil aus einem flanschlosen Hohlprofilrohling und einem den späteren Flansch bildenden Blechstreifen besteht. Dabei sind am Hohlprofilrohling und am Blechstreifen Fügeelemente ausgebildet, die in ihrer Fügeposition ineinandergreifen, wobei das Fügeelement des Blechstreifens hinterschnittene Flächen aufweist, welche vom Fügeelement des Hohlprofilrohlings in einer unlösbaren Verklammerung formschlüssig mittels Innenhochdruckumformen des Hohlprofils hintergriffen sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Hohlprofil, insbesondere Strangpreß profil, mit zumindest einem seitlich abstehenden Flansch im Fahrzeug- oder Flugzeugbau gemäß dem Oberbegriff des Patentan spruches 1 bzw. 3 und ein Verfahren zur Herstellung desselben.

Hohlprofile mit Flansch können derzeit nur sehr schlecht gebo gen werden, da die Dehnungen im Flansch sehr schnell im Grenz bereich sind und dann das Hohlprofil dort reißt. Solcherlei Hohlprofile erbringen zudem Schwierigkeiten bei anderen Umform techniken wie beispielsweise der Innenhochdruckumformtechnik. Wird dort der Flansch nach Art des Tiefziehens zwischen den Um formwerkzeugteilen eingeklemmt, fließt Hohlprofilmaterial beim Aufweiten mittels Innenhochdruck vom Flanschbereich weg in die aufzuweitenden Bereiche, wodurch aufgrund der Materialausdün nung während des Umformvorganges Reißer leicht entstehen kön nen. Eine prozeßsichere Umformung ist dabei in keiner Weise ge geben.

Ein gattungsgemäßes Hohlprofil ist aus der DE 41 29 329 A1 be kannt. Hierbei wird ein Hohlprofil mit einem Blechabschnitt mittels eines als Spreizprofilkörper ausgebildeten Verbindungs elementes derart verbunden, daß die dadurch erzeugte Fügestelle mechanisch hochbelastbar ist. Diese Verbindung ist aufgrund der Verwendung des zusätzlichen Verbindungselementes durch dessen Herstellung und Montage relativ aufwendig. Wird zur Vereinfa chung der Verbindung auf den Spreizprofilkörper verzichtet, verschiebt sich bei einer Umformung des Hohlprofiles der Blechabschnitt zumindest in Umfangsrichtung des gebogenen Ble chendes oder der Blechabschnitt kann sich sogar aus dem Hohl profil herauslösen. Hierdurch ist die Prozeßsicherheit bei der Hohlprofilumformung nicht gewährleistet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Hohlprofil dahingehend weiterzubilden, daß dieses in einfacher Weise und unter Gewährleistung der Prozeßsicherheit umgeformt werden kann. Des weiteren soll ein Verfahren zu dessen Herstel lung aufgezeigt werden.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patent anspruches 1 bzw. des Patentanspruches 3 hinsichtlich des Hohl profiles und durch die Merkmale des Patentanspruches 5 hin sichtlich des Verfahrens gelöst.

Dank der Erfindung wird das Hohlprofil mit Flansch durch eine Modulbauweise aus flanschlosem Hohlprofilrohling und Blech streifen fertigbar, wodurch eine in weiten Grenzen freie Um formbarkeit des Hohlprofiles erreicht wird. Insbesondere kann nun die für eine von einer geradlinigen Erstreckung des Hohl profiles gewünschte Abweichung erforderliche Umformung, bei spielsweise eine Biegeumformung, in einfacher Weise, mit gerin gerem werkzeugbaulichem Aufwand und prozeßsicher allein am ge radlinigen flanschlosen Hohlprofilrohling ausgeführt werden, wonach der vom Blechstreifen gebildete Flansch erst nach der besagten Umformung des Hohlprofilrohlinges an diesem zur Bil dung der Hohlprofilendform angebracht wird. Um diesen ebenfalls in einfacher Weise und unlösbar mit dem Hohlprofil zu verbinden und damit die erforderliche Biegesteifigkeit des Hohlprofiles zu erreichen, sowie den Befestigungsflansch zum sinnvollen Ein bau des Hohlprofiles starr an diesem zu verankern, ist eine in nige Formschlüssigkeit zwischen den beiden Fügepartnern, dem Blechstreifen und dem Hohlprofilrohling, notwendig. Hierzu sind die Fügepartner a priori mit Fügeelementen ausgebildet, die in einandergreifbar sind, wobei die endgültige Formschlüssigkeit zwischen den Fügeelementen durch Innenhochdruckumformen des Hohlprofilrohlinges erreicht wird. Dabei fließt das Rohlingsma terial zur Kontur des Fügeelementes des Blechstreifens und legt sich dort formidentisch an, wonach Kaltverfestigung eintritt. Die innenhochdruckbedingte Aufweitung des Rohlinges wird durch den Flansch nicht beeinflußt, da dieser als separates Bauteil stofflich nicht einstückig mit dem Rohling verbunden ist. Somit ist auch beim Anbringen des Flansches die Prozeßsicherheit ge währleistet. Auch kann eine bestimmte Querschnittsgestaltung des Hohlprofiles durch eine vorhergehende oder mit dem Anbrin gen des Flansches gleichzeitige Innenhochdruckumformung ohne weiteres prozeßsicher erfolgen, wobei aus gleichen Gründen der Flansch in keiner Weise die Umformung schädlich beeinflußt. Des weiteren ist es infolge der Erfindung möglich, gezielt den Flansch am Hohlprofil vorzusehen und zwar nur in den Bereichen dort, in denen er zur Befestigung benötigt wird. Bisher mußten bei den bekannten Hohlprofilen mit Flansch die Flansche teil weise abgelängt oder/und abgefräst werden, was aufgrund der zu sätzlichen Bearbeitungsmaßnahme aufwendig und teuer ist und insgesamt unnötig viel Werkstoff erfordert. Demgegenüber er bringt das erfindungsgemäße Hohlprofil durch die Einsparung von Werkstoff neben einem verminderten Werkstoffverbrauch und einer verbesserten Ressourcenschonung - ein für den Leichtbau nicht unerheblicher Aspekt - eine Gewichtsersparnis sowie an den flanschlosen Stellen zusätzlichen Bauraum, der beispielsweise für eine vergrößerte Querschnittserweiterung des Hohlprofiles mittels Innenhochdruck oder für eine freiere Gestaltung der dem Hohlprofil benachbarten Bauteile des Fahrzeuges genutzt werden kann.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteran sprüchen entnommen werden; im übrigen ist die Erfindung anhand mehrerer in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele nachfolgend näher erläutert; dabei zeigt:

Fig. 1 in einem Querschnitt ein erfindungsgemäßes Hohlprofil mit Flansch mit im Hohlprofil ausgebildeter Rinne vor dem In nenhochdruckumformvorgang,

Fig. 2 das Hohlprofil aus Fig. 1 in einem Querschnitt nach dem Innenhochdruckumformen,

Fig. 3 in einem Querschnitt ein erfindungsgemäßes Hohlprofil mit Flansch mit einer Auskröpfung des Hohlprofiles vor dem In nenhochdruckumformvorgang,

Fig. 4 das Hohlprofil aus Fig. 3 in einem Querschnitt nach dem Innenhochdruckumformen,

Fig. 5 in einem vergrößerten Ausschnitt eine Abwandlung des Hohlprofiles aus Fig. 3 mit an der Klaue des Blechstreifens in nenseitig ausgebildeten Rippen.

In Fig. 1 ist Hohlprofil 1 mit rechteckigem Querschnitt darge stellt, das als Strangpreßprofil gefertigt ist. Das Hohlprofil 1, das aus einem flanschlosen Hohlprofilrohling 2 und einem den Flansch bildenden separaten Blechstreifen 3 besteht, weist als Fügeelement zum Fügen des Blechstreifens 3 am Hohlprofilrohling 2 eine aus dem Strangpressen hervorgehende längs des Hohlpro filrohlings 2 verlaufende Rinne 4 auf, die in der Hohlprofil rohlingswandung 5 zum Innenraum 6 des Hohlprofilrohlings 2 ver setzt angeordnet ausgeformt ist. Vom Rinnenrand 7 her ist die Rinne 4 von überstehenden Wandungabschnitten 8 des Hohlprofil rohlinges 2 bis auf einen größer als die Wandstärke des Blech streifens 3 bemessenden etwa mittig liegenden Schlitz 9 abge deckt. In anderen Ausführungen kann der Schlitz 9 auch außer mittig liegen.

Der Blechstreifen 3 ist T-profilförmig ausgebildet, wobei das mit dem Fügeelement des Hohlprofilrohlings 2 korrespondierende Fügeelement des Blechstreifens 3 von dem Quersteg 10 des T- Profils gebildet wird. Die Breite des Blechstreifens 3 ist je nach Gebrauchszweck unterschiedlich groß. Die Rinnentiefe ist derart bemessen, daß der Blechstreifen 3 mit seinem Quersteg 10 mit Spiel einschiebbar ist, wonach der Blechstreifen 3 mit sei nem restlichen Abschnitt durch den Schlitz 9 ragt. Nach dem axialen Einschieben des Quersteges 10 in die eine Aufnahme bil dende Rinne 4 sind die beiden Fügepartner, Blechstreifen 3 und Hohlprofilrohling 2 lose zusammengefügt.

Nach der anschließenden Positionierung des Blechstreifens 3 bzw. dessen Quersteges 10 in der Rinne 4 wird der lose Verbund aus Blechstreifen 3 und Hohlprofilrohling 2 in ein Innenhoch druck-Umformwerkzeug eingelegt. Im Schließzustand des Werkzeu ges wird dann der Hohlprofilrohling 2 mit einem Druckfluid be füllt und über das Druckfluid einem Innenhochdruck zumindest von mehreren hundert wenn nicht gar bis 3000 bar ausgesetzt.

Das Hohlprofilrohlingsmaterial beginnt unter diesem Druck zu fließen, wobei sich gemäß Fig. 2 die Rinne 4 und die Wandungs abschnitte 8 des Hohlprofilrohlinges 2 an den Quersteg 10 quasi formschlüssig anschmiegen und dieser somit in einer Preßpassung eingefaßt ist. Der Quersteg 10 wird dabei mit den Wandungsab schnitten 8 und der Rinne 4 derart verpreßt, daß ein unlösbarer Verbund zwischen Blechstreifen 3 und Hohlprofilrohling 2 ent steht, wobei der Blechstreifen 3 starr von diesem seitlich nach außen absteht. Die Rückseite 11 des Quersteges 10 bildet hier bei die hinterschnittenen Flächen des Fügeelementes des Blech streifens 3, an denen die die Rinne 4 überdeckenden Wandungsab schnitte 8 hintergreifend anliegen, wodurch der Blechstreifen 3 in der Rinne 4 unverlierbar gehalten ist.

Zur besseren Fixierung in der Fügeposition vor dem Innenhoch druckumformen ist die Rinne 4 und/oder die Unterseite 12 des Quersteges 10 mit einem Klebstoff 13 beschichtet. Nach Positio nierung des Quersteges 10 des Blechstreifens 3 in der Rinne 4 wird durch Andrücken des mit dem Klebstoff 13 beschichteten Quersteges 10 der Blechstreifen 3 mit dem Hohlprofilrohling 2 verklebt. Die Verklebung kann auch während des innenhochdruck bedingten Verpressens des Quersteges 10 erfolgen. Die Fixierung kann im übrigen auch durch geringe mechanische Umformung des Strangpreßprofilrohlings 2 im Bereich der Rinne 4 erreicht wer den.

Der Hohlprofilrohling 2 hat im übrigen vor dem Fügen schon eine Umformung hinsichtlich einer Biegeumformung oder eines ersten profilierenden Innenhochdruckumformprozesses erfahren. Die Ver wendung des nun nach dem Fügen und dem folgenden Innenhochdruc kumformprozess zur unlösbaren Verklammerung der beiden ineinan dergreifenden Fügepartner, dem Blechstreifen 3 als Flansch und dem Hohlprofilrohling 2 fertiggestellten Hohlprofils 1 liegt im Karosseriebau bei Kraftfahrzeugen, insbesondere Personenwagen oder im Flugzeugbau.

Eine Alternative zum vorangegangenen Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 3-5. Abweichend davon ist das Fügeelement des Hohlprofil rohlings 2 durch eine schienenartig über die Länge des Rohlings 2 sich erstreckenden Auskröpfung 14 der Rohlingswandung 5 ge bildet. Die Auskröpfung 14 weist im Deckenbereich 15 beidseitig einen radial erweiterten Überstand 16 auf (Fig. 4). Das Fügee lement des Blechstreifens 3 bildet eine an diesem endseitig ausgebildete Klaue 17, die den Überstand 16 an dessen Untersei te 21 hintergreift, wobei die mit rechteckigem Querschnitt aus gebildete Auskröpfung 14 an der Innenseite 18 der Klaue 17 formschlüssig angepreßt anliegt. Der Abschnitt 22 der Innensei te 18 des den Überstand 16 hintergreifenden Teils 20 der Klaue 17 bildet die hinterschnittenen Flächen des Fügeelementes des Blechstreifens 3 für das Fügeelement des Hohlprofilrohlinges 2. Der unmittelbar an die Auskröpfung 14 grenzende Wandungsab schnitt 19 des innenhochdruckumgeformten Hohlprofilrohlinges 2 ist am hintergreifenden Teil 20 der Klaue 17 angepreßt.

Gemäß Fig. 3 werden die Fügepartner durch Zusammenstecken ihrer Auskröpfung 14 und der Klaue 17 lose miteinander verbunden. Die Auskröpfung 14 weist in diesem Fügezustand noch keinen Über stand 16 auf. Nach dem Zusammenstecken und Einbringen des losen Fügeverbundes in eine entsprechend außenkonturgerechte Gravur eines Innenhochdruck-Umformwerkzeuges wird durch Erzeugen eines Innenhochdruckes innerhalb des Hohlprofilrohlinges 2 die Aus kröpfung 14 der Rohlingswandung 5 in eine an der gesamten In nenseite 18 der Klaue 17 des Blechstreifens 3 formschlüssig an liegende, zur Kontur dieser Innenseite 18 formnegative Endform, dem Überstand 16, aufweitend verformt, so daß in dieser Weise durch das verpreßte Hintergreifen des Überstandes 16 durch die Klaue 17 der vorerst lose Fügeverbund unlösbar verklammert wird.

Zur Verstärkung der Verklammerung und damit zur Erhöhung der Festigkeit der Fügeverbindung kann die Klaue 17, wie in Fig. 5 gezeigt ist, über ihre Innenseite 18 verteilt radial nach innen stehende Rippen 23 aufweisen. Nach dem formschlüssigen Anlegen des Hohlprofilrohlingsmaterials durch Innenhochdruck an die In nenseite 18 der Klaue 17 bilden die Rippen 23 Widerhaken für die Auskröpfung 14, so daß die Verbindung des Blechstreifens 3 mit dem Hohlprofilrohling 2 nur unter Zerstörung zumindest ei ner der Fügepartner erfolgen kann.

Claims

1. Hohlprofil, insbesondere Strangpreßprofil, mit zumindest ei nem seitlich abstehenden Flansch im Fahrzeug- oder Flugzeugbau, welches aus einem flanschlosen Hohlprofilrohling und einem den späteren Flansch bildenden Blechstreifen besteht, wobei am Hohlprofilrohling und am Blechstreifen Fügeelemente ausgebildet sind, die in ihrer Fügeposition ineinandergreifen, wobei das Fügeelement des Blechstreifens hinterschnittene Flächen auf weist, welche vom Fügeelement des Hohlprofilrohlinges in einer unlösbaren Verklammerung formschlüssig hintergriffen sind, dadurch gekennzeichnet,
daß der Blechstreifen (3) T-profilförmig ausgebildet ist und dessen Fügeelement von einem Quersteg (10) gebildet ist, und
daß das Fügeelement des Hohlprofilrohlinges (2) als in einer Hohlprofilrohlingswandung (5) ausgeformte und von Wandungab schnitten (8) des Hohlprofilrohlinges (2) bis auf einen minde stens die Wandstärke des Blechstreifens (3) bemessenden etwa mittig liegenden Schlitz (9) abgedeckte Rinne (4) ausgebildet ist, in der der Quersteg (10) in einer Presspassung eingefaßt ist, wobei die Rückseite (11) des Quersteges (10) die hinter schnittenen Flächen des Fügeelementes des Blechstreifens (3) bildet, an denen die die Rinne (4) überdeckenden Wandungsab schnitte (8) anliegen.

2. Hohlprofil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rinne (4) und/oder die Unterseite (12) des Quersteges (10) mit einem Klebstoff (13) beschichtet ist.

3. Hohlprofil, insbesondere Strangpreßprofil, mit zumindest ei nem seitlich abstehenden Flansch im Fahrzeug- oder Flugzeugbau, welches aus einem flanschlosen Hohlprofilrohling und einem den späteren Flansch bildenden Blechstreifen besteht, wobei am Hohlprofilrohling und am Blechstreifen Fügeelemente ausgebildet sind, die in ihrer Fügeposition ineinandergreifen, wobei das Fügeelement des Blechstreifens hinterschnittene Flächen auf weist, welche vom Fügeelement des Hohlprofilrohlinges in einer unlösbaren Verklammerung formschlüssig hintergriffen sind dadurch gekennzeichnet, daß das Fügeelement des Hohlprofilrohlings (2) durch eine schienenartige Auskröpfung (14) der Rohlingswandung (5) gebil det ist, welche Auskröpfung (14) im Deckenbereich (15) beidsei tig einen radial erweiterten Überstand (16) aufweist, und daß das Fügeelement des Blechstreifens (3) eine endseitig ausgebil dete Klaue (17) ist, die den Überstand (16) hintergreift und an deren Innenseite (18) die Auskröpfung (14) formschlüssig an liegt, wobei der unmittelbar an die Auskröpfung (14) grenzende Wandungsabschnitt (19) des innenhochdruckumgeformten Hohlpro filrohlinges (2) am hintergreifenden Teil (20) der Klaue (17) angepreßt ist.

4. Hohlprofil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Klaue (17) über ihre Innenseite (18) verteilt radial nach innen stehende Rippen (23) aufweist.

5. Verfahren zur Herstellung von Hohlprofilen (1), insbesonde re Strangpreßprofilen, mit seitlich abstehenden Flanschen im Fahrzeug- oder Flugzeugbau, wobei ein flanschloser Hohlprofil rohling (2) mit einem den späteren Flansch bildenden Blech streifen (3) mittels Fügeelemente (10, 4; 14, 17), die an beiden Fügepartnern, dem Blechstreifen (3) und dem Hohlprofilrohling (2), ausgebildet sind, durch Einbringen eines der Fügeelemente in eine vom anderen Fügeelement gebildete Aufnahme lose zusam mengefügt wird, wonach der lose Fügeverbund von Hohlprofilroh ling (2) und Blechstreifen (3) in eine entsprechend außenkon turgerechte Gravur eines Innenhochdruck-Umformwerkzeuges einge legt wird, wobei danach durch Erzeugen eines hydraulischen In nenhochdruckes innerhalb des Hohlprofilrohlinges (2) zumindest das Fügeelement (4, 14) des Hohlprofilrohlinges (2) unter Errei chung der Endform des Hohlprofiles (1) derart aufweitend ver formt wird, daß das mit hinterschnittenen Flächen (11, 22) aus gebildete Fügeelement (10, 17) des Blechstreifens (3) vom Fügee lement (4, 14) des Hohlprofilrohlings (2) unter Ausbildung einer unlösbaren Verklammerung formschlüssig hintergriffen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das lose Zusammenfügen durch axiales Einschieben eines als Fügeelement dienenden Quersteges (10) eines T-profilförmig aus gebildeten Blechstreifens (3) in eine die Aufnahme bildende, in einer Hohlprofilrohlingswandung (5) ausgeformte und von Wandun gabschnitten (8) des Hohlprofilrohlinges (2) bis auf einen min destens die Wandstärke des Blechstreifens (3) bemessenden etwa mittig liegenden Schlitz (9) abgedeckte Rinne (4) erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das lose Zusammenfügen durch Zusammenstecken einer schie nenartigen das Fügeelement des Hohlprofilrohlings (2) bildenden Auskröpfung (14) der Rohlingswandung (5) mit einer endseitig am Blechstreifen (3) ausgebildeten, das aufnehmende Fügeelement bildenden Klaue (17) erfolgt.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der unlösbare Formschluß zwischen dem Quersteg (10) und der Rinne (4) durch Verpressen des Quersteges (10) mit der Rinne (4) und den die Rinne (4) abdeckenden Wandungsabschnitten (8) des Hohlprofilrohlinges (2) mittels des Innenhochdruckes er folgt.

9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß nach Positionierung des Quersteges (10) des Blechstreifens (3) in der Rinne (4) durch Andrücken des mit einem Klebstoff (13) beschichteten Quersteges (10) der Blechstreifen (3) mit dem Hohlprofilrohling (2) verklebt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Blechstreifen (3) mit dem Hohlprofilrohling (2) beim Verpressen des mit einem Klebstoff (13) versehenen Quersteges (10) durch Innenhochdruck verklebt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Zusammenstecken von Hohlprofilrohling (2) und Blechstreifen (3) mittels des Innenhochdruckes die Auskröpfung (14) der Rohlingswandung (5) in eine an der gesamten Innenseite (18) der Klaue (17) des Blechstreifens (3) anliegende, zur Kon tur dieser Innenseite (18) formnegative Endform verformt wird.