DE19882390B4

DE19882390B4 - Hydroformverfahren

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Publication number: DE19882390B4
Application number: DE19882390T
Authority: DE
Inventors: Richard A. Marando; Thomas R. Sanko; Eric Schrack
Original assignee: Dana Automotive Systems Group LLC
Current assignee: Metalsa Sa De Cv Mx
Priority date: 1997-05-12
Filing date: 1998-05-12
Publication date: 2010-02-18
Anticipated expiration: 2018-05-13
Also published as: WO1998051425A2; GB2340779B; BR9809613A; US6016603A; WO1998051425A3; DE19882390T1; GB2340779A; GB9926656D0

Abstract

Verfahren zum Hydroformen eines Bauteils mit geschlossenem Hohlquerschnitt, das die folgenden Schritte aufweist:
(a) Anordnen des Bauteils mit geschlossenem Hohlquerschnitt in einem Formhohlraum eines ersten Hydroformwerkzeugs, welches einen Umfang hat, welcher größer als der Umfang des Bauteils mit geschlossenem Hohlquerschnitt ist;
(b) Durchführen einer Vor-Hydroformbearbeitung zur derartigen Aufweitung des Bauteils mit geschlossenem Hohlquerschnitt unter Anpassung an den Formhohlraum des ersten Hydroformwerkzeugs, dass der Umfang des Bauteils mit geschlossenem Hohlquerschnitt größer wird;
(c) Anordnen des Bauteils mit geschlossenem Hohlquerschnitt in einen Formhohlraum eines zweiten Hydroformwerkzeugs, welches einen Umfang hat, welcher im Wesentlichen gleich groß wie der Umfang des Bauteils mit geschlossenem Hohlquerschnitt ist; und
(d) Durchführen einer abschließenden Hydroformbearbeitung zur derartigen Verformung des Bauteils mit geschlossenem Hohlquerschnitt unter Anpassung an den Formhohlraum des zweiten Hydroformwerkzeugs, dass der Umfang des Bauteils mit geschlossenem Hohlquerschnitt im Wesentlichen gleich bleibt.

Description

Die Erfindung befaßt sich allgemein mit Verfahrensweisen zum Hydroformen von Bauelementen mit geschlossenem Hohlquerschnitt zu gewünschten Formen, wie Komponenten für Fahrzeugrahmenanordnungen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Hydroformen eines Bauelements mit geschlossenem Hohlquerschnitt mittels einer zweistufigen Verfahrensweise, welche folgendes umfaßt: (1) eine Hydroformbearbeitung zu Beginn mit relativ hohem Druck, bei dem ein Abschnitt des Teils aufgeweitet wird, um eine kleine aber im wesentlichen gleichförmige Wanddicke zu erzielen, und (2) anschließend eine Hydroformbearbeitung mit niedrigem Druck, bei der ein Abschnitt des Elements der gewünschten Gestalt verformt wird und hierbei zugleich eine relativ kleine, aber im wesentlichen gleichmäßige Wandstärke beibehalten wird.
Viele im Gebrauch befindliche Landfahrzeuge, wie Kraftfahrzeuge, Kastenwagen und Lastwagen, umfassen eine Karosserie- und Rahmenanordnung, welche auf einer Mehrzahl von auf dem Untergrund befindlichen Rädern über eine federnd nachgiebige Aufhängung abgestützt ist. Die Konstruktionen der bekannten Karosserie- und Rahmenanordnungen lassen sich im allgemeinen in zwei Kategorien, nämlich eine gesonderte und eine vereinheitlichte Bauweise (bzw. Baukastensystem) unterteilen. Bei einer typischen Aus führungsform einer gesonderten Karosserie- und Rahmenanordnung sind die Baukomponenten des Karosserieteils und des Rahmenteils gesondert und unabhängig voneinander vorgesehen. Beim Zusammenbau stützt sich das Rahmenteil der Anordnung federnd nachgiebig über Fahrzeugräder unter Zwischenschaltung von Aufhängungssystemen auf dem Untergrund ab, und das Rahmenteil dient als eine Plattform, auf welcher das Karosserieteil der Anordnung und andere Komponenten des Fahrzeugs aufgebaut sind. Gesonderte Karosserie- und Rahmenanordnungen in dieser allgemeinen Bauart findet man häufig bei älteren Fahrzeugen, sie sind aber auch heutzutage bei vielen relativ groß bemessenen Fahrzeugen oder Spezialfahrzeugen im Einsatz, wie bei großen Kastenwagen, für den Freizeitsport geeignete Fahrzeuge und Lastwagen. Bei einer typischen vereinheitlichten Karosserie- und Rahmenanordnung werden die Baukomponenten des Karosserieteils und des Rahmenteils zu einer integralen Einheit zusammengefaßt, welche federnd nachgiebig über die Fahrzeugräder unter Zwischenschaltung eines Aufhängungssystems auf dem Untergrund abgestützt ist. Vereinheitlichte Karosserie- und Rahmenanordnungen dieser allgemeinen Bauart findet man heutzutage bei vielen relativ kleinen Fahrzeugen, wie Personenkraftwagen und Kleinkastenwagen.
Ein an sich bekanntes Beispiel einer gesonderte Bauform einer Fahrzeugkarosserie- und Rahmenanordnung wird im allgemeinen als eine Leiterrahmenanordnung bezeichnet. Eine Leiterrahmenanordnung umfaßt ein Paar von in Längsrichtung verlaufenden Längsträgern, welche miteinander durch eine Mehrzahl von in Querrichtung verlaufenden Querträgern verbunden sind. Die Querträger verbinden die beiden Längsträger miteinander und verleihen der Leiterrahmenanordnung die gewünschte Quersteifigkeit, die Steifigkeit in vertikaler Richtung und eine gewünschte Torsionssteifigkeit. Die Querträger können auch eingesetzt werden, um verschiedene Komponenten des Fahrzeugs abzustützen. In Abhängigkeit von der Gesamtlänge des Fahrzeugs und weiteren Einflußgrößen können die Längsträger einer üblichen Leiterrahmen anordnung entweder von einem einzigen, relativ langen Bauelement, oder von einer Mehrzahl von einzelnen, relativ kurzen Bauelementen gebildet werden, welche fest miteinander verbunden sind. Bei Fahrzeugen beispielsweise, welche eine relativ große Gesamtlänge haben, ist es bekannt, den jeweiligen Längsträger in Form eines einzigen integralen Längsträgerteils auszubilden, welcher sich über die gesamte Länge der Fahrzeugkarosserie- und Rahmenanordnung erstreckt. Bei Fahrzeugen mit einer relativ großen Gesamtlänge ist es bekannt, die jeweiligen Längsträger aus zwei oder mehr einzelnen Bauelementen zusammenzusetzen, welche fest miteinander, wie durch Schweißen, verbunden sind, um ein einheitliches Bauelement zu bekommen, welches sich über die gesamte Länge der Fahrzeugkarosserie- und Rahmenanordnung erstreckt.
Üblicherweise wurden die unterschiedlichen Komponenten von bekannten Fahrzeugkarosserie- und Rahmenanordnungen von Bauelementen mit einem offenen Hohlquerschnitt gebildet, das heißt von Bauelementen, welche keine geschlossene Querschnittsgestalt haben (d. h. solche Querschnitte, welche beispielsweise U-förmig oder C-förmig ausgebildet sind). Es ist somit bekannt, ein oder mehrere Bauelemente mit offenem Hohlquerschnitt zur Bildung von Längsträgern, zur Bildung der Querträger und anderen Komponenten einer Fahrzeugkarosserie- und Rahmenanordnung einzusetzen. Es hat sich jedoch gezeigt, daß der Einsatz von Bauelementen mit offenem Hohlquerschnitt zur Bildung von verschiedenen Komponenten einer Fahrzeugkarosserie- und Rahmenanordnung aus mehreren Gründen unzweckmäßig ist. Zum einen ist es relativ zeitraubend und teuer, Abschnitte dieser Komponenten zu der gewünschten Endgestalt zu biegen, welche üblicherweise erforderlich ist. Zum anderen muß nach dem Biegen eine relativ große Anzahl von Trägern oder anderen Befestigungseinrichtungen im allgemeinen an einigen oder allen Komponenten fest angebracht werden, um das Anbringen von verschiedenen Bauteilen des Fahrzeuges an der Karosserie- und Rahmenanordnung zu erleichtern. Zum dritten hat es sich als schwierig erwiesen, die Dimensions stabilität über die gesamte Längserstreckung der Komponenten insbesondere dann beizubehalten, wenn zwei oder mehr Komponenten miteinander verschweißt oder auf andere Weise fest miteinander verbunden sind.
In dieser Hinsicht wurde vorgeschlagen, eine oder mehrere unterschiedliche Karosserie- und Rahmenanordnungen bereitzustellen, welche aus Bauelementen mit geschlossenem Hohlquerschnitt ausgebildet sind, d. h. aus Bauelementen, welche eine geschlossene oder durchgehende Querschnittsgestalt haben (beispielsweise rohrförmig oder kastenförmig ausgebildet sind). Diese Querschnittsgestalt ist von Vorteil, da sie der Fahrzeugkarosserie- und Rahmenkomponente eine bessere Steifigkeit und Festigkeit verleiht. Auch ist diese Querschnittsgestalt erwünscht, da man vertikal und horizontal ausgerichtete Seitenflächen erhält, welche die Anbringung von Trägern und anderen Befestigungseinrichtungen erleichtern, welche zur Abstützung von verschiedenen Bauteilen des Fahrzeugs an der Karosserie- und Rahmenanordnung eingesetzt werden. Bei einigen Anwendungsfällen können die verschiedenen Bauteile des Fahrzeugs direkt an den vertikal und horizontal ausgerichteten Flächen der Fahrzeugkarosserie- und Rahmenanordnung angebracht werden.
Bei Fahrzeugkarosserie- und Rahmenanordnungen dieser Bauart ist es bekannt, daß das Bauelement mit geschlossenem Hohlquerschnitt zu einer gewünschten Gestalt mittels Hydroformen verformt wird. Das Hydroformen ist eine bekannte Verfahrensweise, bei der ein unter Druck stehendes Fluid eingesetzt wird, um ein Bauelement mit geschlossenem Hohlquerschnitt zu einer gewünschten Gestalt zu verformen. Um dies zu erreichen, wird das Bauelement mit geschlossenem Hohlquerschnitt zu Beginn zwischen zwei Formteilen einer Hydroformvorrichtung angeordnet, und wenn die Formteile geschlossen sind, wird hierbei ein Formhohlraum gebildet, welcher eine gewünschte Endgestalt hat. Anschließend wird das Bauelement mit geschlossenem Hohlquerschnitt mit einem unter Druck stehenden Fluid ausgefüllt, bei dem es sich in typischer Weise um eine inkompressible Flüssigkeit, wie Wasser, handelt. Der Fluiddruck wird auf einen solchen Wert erhöht, daß das Bauelement mit geschlossenem Hohlquerschnitt sich ausweiten oder auf andere Weise nach außen zur Anpassung an den Formhohlraum verformen kann. Als Folge hiervon wird das Bauelement mit geschlossenem Hohlquerschnitt zu der gewünschten Endgestalt verformt.
Das Hydroformen hat sich als ein geeignetes Formgebungsverfahren erwiesen, da sich die Abschnitte eines Bauelements mit geschlossenem Hohlquerschnitt schnell und einfach auch zu komplizierten Querschnittsgestalten verformen lassen. Wenn der Umriß des Bauelements mit geschlossenem Hohlquerschnitt im wesentlichen mit dem Umriß des Formhohlraums übereinstimmt, ändert sich die Querschnittsgestalt des Bauelements mit geschlossenem Hohlprofil während des Hydroformverfahrens. Wenigstens in idealer Weise sollte jedoch die Wanddicke des Bauelements mit geschlossenem Hohlquerschnitt über den geformten Bereich hinweg im wesentlichen konstant sein. Das Hydroformen hat sich als ein zweckmäßiges Formgebungsverfahren erwiesen, da Abschnitte eines Bauelements mit geschlossenem Hohlquerschnitt schnell und einfach ausgehend von einem relativ kleinen Umfang zu einem relativ großen Umfang aufweiten lassen. Wenn der Umfang des Bauelements mit geschlossenem Hohlquerschnitt etwas kleiner als der Umfang des Formhohlraums ist, ändert sich nicht nur die Querschnittsgestalt des Bauelements mit geschlossenem Hohlquerschnitt während des Hydroformverfahrens, sondern es wird auch die Wanddicke desselben größer. Wenigstens in idealer Weise sollte jedoch die Wanddicke des Bauelements mit geschlossenem Hohlquerschnitt gleichmäßig über den expandierten Bereich hinweg kleiner werden.
In der Praxis hat es sich jedoch gezeigt, daß sich beim Hydroformen unerwünschte Wanddickenveränderungen bei dem Bauelement mit geschlossenem Hohlquerschnitt ergeben können. Wie vorstehend erwähnt worden ist, wird die Außenfläche des Bauelements mit geschlossenem Hohlquerschnitt nach außen verformt, bis es bei dem Hydroformvorgang an der Innenfläche des Hydroformwerkzeuges zur Anlage kommt. Da die Innenfläche des Hydroformwerkzeugs in typischer Weise abweichend von der Außenfläche des Bauelements mit geschlossenem Hohlquerschnitt ausgebildet ist, arbeiten eine oder mehrere gesonderte Abschnitt der Außenfläche des Bauelements mit geschlossenem Hohlquerschnitt zu Beginn mit der Innenfläche des Hydroformwerkzeugs zusammen, bevor die restlichen Abschnitte zur berührenden Anlage kommen. Diese Abschnitte der Außenfläche des Bauelements mit geschlossenem Hohlquerschnitt, welche zu Beginn in dem Zusammenarbeitszustand kommen, werden unter Einwirkung von Reibkräften an den Zusammenarbeitsstellen aufgrund der nach außen gerichteten Kräfte festgelegt, die durch das Hydroformfluid unter hohem Druck erzeugt werden. Als Folge hiervon werden die restlichen Abschnitte des Bauelements mit geschlossenem Hohlquerschnitt ausgehend von den zu Beginn in Eingriff kommenden Abschnitten streckgezogen, wenn die Verformung des Bauelements mit geschlossenem Hohlquerschnitt bis zum Abschluß weiter betrieben wird.
Ein solches Streckziehen führt zu unerwünschten Änderungen der Wanddicke über den Umfang des Bauelements mit geschlossenem Hohlquerschnitt gesehen. Diese Wanddickenänderungen können insbesondere scharfe Kanten bilden, wenn die Hydroformbearbeitung nicht nur den Umfang des Bauelements mit geschlossenem Hohlquerschnitt verformt, sondern wenn auch die Größe des Umfangs hierbei vergrößert wird. Diese Wanddickenänderungen können zu unerwünschten Schwächungen bei dem Bauelement mit geschlossenem Hohlquerschnitt führen. Eine Lösung hierfür könnte darin bestehen, die Wanddicke des gesamten Bauelements mit geschlossenem Hohlquerschnitt zu vergrößern, so daß an den Stellen mit größter Reduktion der Wanddicke keinerlei nachteilige Auswirkungen auf die Gesamtfestigkeit des Bauteils bei dem beabsichtigten Einsatzzweck zu befürchten sind. Eine solche Überdimensionierung jedoch ist unerwünscht, da hierdurch das Gesamtgewicht größer wird und die Kosten für ein solches Bauelement mit geschlossenem Hohlquerschnitt steigen, so daß natürlich auf diese Weise hergestellte Fahrzeugrahmenkomponenten teurer werden.
Das nächstliegende Dokument EP 0 627 272 A2 zeigt ein mehrstufiges Verfahren zum Hydroformen eines doppelwandigen Rohrs, wobei während einer ersten Stufe in einem ersten Hydroformwerkzeug ein gleichzeitiges Aufweiten des Innen- und des Außenrohrs erfolgt und während einer zweiten Stufe in einem zweiten Hydroformwerkzeug ein weiteres Aufweiten des Außenrohrs (unter Beibehaltung der Gestalt des Innenrohrs) erfolgt.
Es ist erwünscht, ein Verfahren zum Hydroformen eines Bauelements mit geschlossenem Hohlquerschnitt bereitzustellen, welches gestattet, daß man den Umfang vergrößern kann, bei dem aber eine relativ gleichmäßige Wanddicke insgesamt erhalten bleibt.
Ein solches gewünschtes Verfahren wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 zur Verfügung gestellt. Die abhängigen Patentansprüche 2 bis 10 zeigen vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens gemäß Patentanspruch 1.
Nach der Erfindung wird ein Verfahren zum Hydroformen eines Bauteils bzw. Bauelements mit geschlossenem Hohlquerschnitt bereitgestellt, welches ermöglicht, dass der Umfang vergrößert werden kann; wobei aber insgesamt eine relativ gleichmäßige Wanddicke erhalten bleibt. Zu Beginn wird ein Bauelement mit einem geschlossenen Hohlquerschnitt, wie ein Rohr, vorgebogen und in einem ersten Hydroformwerkzeug angeordnet, welches einen ersten Formhohlraum bildet. Die innere Fläche des ersten Formhohlraums entspricht im wesentlichen der Querschnittsgestalt der äußeren Fläche des Rohrs über etwa die gesamte Länge desselben hinweg, aber der Umfang des ersten Formhohlraums ist etwas größer als der Umfang des von diesem umschlossenen Rohrs. Das Rohr ist vorzugsweise in dem Formhohlraum konzentrisch gelagert. Dann erfolgt eine vorbereitende Hydroformbearbeitung mit einem relativ hohen Druck, um das Rohr unter Anpassung an den ersten Formhohlraum aufzuweiten. Etwa für den gesamten Aufweitvorgang hinweg arbeitet die Außenfläche des Rohrs nicht mit der Innenfläche des Formhohlraums zusammen. Wenn daher der Umfang des Rohrs größer wird, kann die Wanddicke desselben gleichmäßig kleiner werden. Das so voraufgeweitete Rohr wird dann in einem zweiten Hydroformwerkzeug angeordnet, welches einen zweiten Formhohlraum bildet. Die Innenfläche des zweiten Formhohlraums entspricht der Querschnittsgestalt der gewünschten Endgestalt für das Rohr. Wenn das zweite Hydroformwerkzeug geschlossen ist, wird eine abschließende Hydroformbearbeitung mit einem relativ niedrigen Druck durchgeführt, um das Rohr unter Anpassung an den zweiten Formhohlraum zu verformen. Da der Umfang des Rohrs etwa gleich dem Umfang des zweiten Formhohlraums ist, bleibt die Wanddicke des Rohrs im wesentlichen bei der abschließenden Hydroformbearbeitung unverändert. Folglich kann eine relativ starke Aufweitung erfolgen, welche größer als die sonst übliche ist, ohne daß sich die Wanddicke des Rohrs ändert, was bisher nicht vermieden werden konnte, da das Rohr in Reibschlußeingriff mit dem ersten Hydroformwerkzeug kommt.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung. Darin zeigt:
1 eine Schnittansicht eines Bauelements mit geschlossenem Hohlquerschnitt, welches in einem ersten Hydroformwerkzeug vor dem Beginn der Vorhydroformbearbeitung gemäß dem Verfahren nach der Erfindung angeordnet ist;
2 eine vergrößerte Schnittansicht entlang der Linie 2-2 in 1,
3 eine Schnittansicht des Bauelements mit geschlossenem Hohlquerschnitt und des ersten Hydroformwerkzeugs nach den 1 und 2 nach Beendigung der Vorhydroformbearbeitung,
4 eine vergrößerte Schnittansicht entlang der Linie 4-4 in 3,
5 eine Schnittansicht eines Bauelements mit geschlossenem Hohlquerschnitt nach der anfänglichen Verformung entsprechend den 3 und 4, welches in einem zweiten Hydroformwerkzeug angeordnet ist, bevor diese Werkzeugteile geschlossen werden und eine abschließende Hydroformbearbeitung eingeleitet wird,
6 eine 5 ähnliche Schnittansicht nach dem Schließen der Formteile, aber vor dem Beginn der abschließenden Hydroformbearbeitung, und
7 eine 6 ähnliche Schnittansicht nach dem Beginn des abschließenden Hydroformbearbeitungsvorgangs.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnung ist in den 1 und 2 ein Bauelement mit geschlossenem Hohlquerschnitt, wie ein Rohr 10, gezeigt, welches bei der Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung zum Einsatz kommen kann, um eine Fahrzeugrahmenkomponente oder einen anderen gewünschten Gegenstand auszuformen. Das Rohr 10 ist auf übliche Weise ausgelegt und hat vorzugsweise eine gleichmäßige Wanddicke T₁ über die gesamte Länge hinweg. Das Rohr 10 ist in einem ersten Hydroformwerkzeug angeordnet, welches insgesamt mit 11 bezeichnet ist, und welches ein erstes Formteil 12 und ein zweites Formteil 13 umfaßt. Wie an sich bekannt, haben die Formteile 12 und 13 entsprechende Hohlraumabschnitte 12a und 13a, welche darin ausgebildet sind und im Zusammenwirken einen Hydroformhohlraum bilden, wenn die Formteile 12 und 13 so aufeinanderzu bewegt sind, daß sie miteinander zusammenarbeiten, wie dies in der Zeichnung dargestellt ist. Obgleich das Verfahren nach der Erfindung im Zusammenhang mit einem linear verlaufenden Rohr 10 erläutert wird, ist die Erfindung natürlich hierauf nicht beschränkt, sondern es kann auch ein Rohr eingesetzt werden, welches vorgebogen ist, und zwar unter Einsatz einer üblichen Rohrbiegevorrichtung, so daß das Rohrteil eine oder mehrere Biegungen darin hat.
Die Innenfläche des Formhohlraums des ersten Hydroformwerkzeugs 11 hat vorzugsweise eine Querschnittsgestalt, die der Außenfläche des Rohrs 10 über die gesamte Länge desselben hinweg entspricht. Somit ist bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform die Querschnittsgestalt des Formhohlraums des ersten Hydroformwerkzeugs 11 über die gesamte Länge hinweg kreisförmig und entspricht der kreisförmigen Außenfläche des Rohrs 10. Jedoch kommt es auch in Betracht, daß das Rohr 10 und das erste Hydroformwerkzeug 11 gegebenenfalls andere Querschnittsformen haben können. Wie am besten aus 1 zu ersehen ist, ist der Umfang des Mittelabschnitts des Formhohlraums des ersten Hydroformwerkzeugs 11 etwas größer als der Umfang des Rohrs 10. Wie nachstehend noch näher beschrieben werden wird, ist der Umfang des Rohrs 10 innerhalb des erweiterten Mittelteils des Formhohlraums des ersten Hydroformwerkzeugs 11 größer. Aus nachstehend noch näher zu ersehenden Gründen ist das Rohr 10 vorzugsweise konzentrisch in dem erweiterten Mittelabschnitt des Formhohlraums des ersten Hydroformwerkzeugs 11 gelagert.
Die 3 und 4 zeigen das Rohr 10 nach der Beendigung der vorbereitenden Hydroformbearbeitung. Die Hydroformbearbeitung an sich ist üblich und hierzu wird ein unter Druck stehendes Fluid eingesetzt, um das Rohr 10 unter Anpassung an den Formhohlraum des ersten Hydroformwerkzeugs 11 zu verformen und aufzuweiten. Um dies zu erreichen, wird das Rohr 10 mit einem unter Druck stehenden Fluid gefüllt, bei dem es sich in typischer Weise um eine relativ inkompressible Flüssigkeit, wie Wasser, handeln kann. Der Fluiddruck wird auf einen Wert vergrößert, mit dem sich das Rohr 10 unter Anpassung an den Formhohlraum in Richtung nach außen verformt. Als Folge hiervon wird das Rohr 10 zu einer Gestalt verformt, die in den 3 und 4 zu ersehen ist. Irgendeine geeignete Vorrichtung kann eingesetzt werden, um diese vorbereitende Hydroformbearbeitung durchzuführen.
Wie in den 3 und 4 gezeigt ist, wird bei der vorbereitenden Hydroformbearbeitung bewirkt, daß der Umfang des Mittelabschnitts des Rohrs 10 unter Zuordnung zu dem Umfang des Mittelabschnitts des Formhohlraums des ersten Hydroformwerkzeugs 11 größer wird. Aufgrund dieser Tatsache wird die Wanddicke des Mittelabschnitts des Rohrs 10 kleiner und nimmt auf eine Wanddicke T₂ ab, welche etwas kleiner als die ursprüngliche Wanddicke T₁ ist. Unabhängig von dieser Wandstärkenverminderung bleibt die Wandstärke des Mittelabschnitts des Rohrs 10 im wesentlichen nicht nur in Umfangsrichtung in 4 gleichmäßig, sondern auch über den gesamten Mittelabschnitts des Rohrs 10 hinweg in axialer Richtung. Dies ist darauf zurückzuführen, daß sich das Rohr 10 derart aufweitet, daß man im wesentlichen dieselbe Querschnittsgestalt (bei der dargestellten Ausführungsform kreisförmig) wie die Querschnittsgestalt des vergrößerten Mittelabschnitts des Formhohlraums des ersten Hydroformwerkzeugs 11 erhält. Die Wanddicke des Rohrs 10 wird an der Übergangsstelle zwischen dem Mittelabschnitt des Rohrs 10 und den beiden Enden allmählich größer. Bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform bleiben die Enden des Rohrs 10 im wesentlichen im ursprünglichen Zustand und auch die Wanddicke desselben. Es ist jedoch noch zu erwähnen, daß die Enden (oder andere Abschnitte des Rohrs 10) während dieses vorbereitenden Hydroformvorganges verformt werden können.
5 zeigt das vorexpandierte Rohr 10, welches in einem zweiten Hydroformwerkzeug angeordnet ist, welches insgesamt mit 15 bezeichnet ist. Dieses umfaßt ein erstes Werkzeugteil 16 und ein zweites Werkzeugteil 17. Wie bei dem ersten Hydroformwerkzeug 11 haben die Werkzeugteile 16 und 17 entsprechende Hohlraumabschnitte 16a und 17a, welche darin ausgebildet sind, um im Zusammenwirken einen Hydroformhohlraum zu bilden, wenn die Formteile 16 und 17 so aufeinanderzu bewegt sind, daß sie miteinander zusammenarbeiten. In 5 sind die Werkzeugteile 16 und 17 so dargestellt, daß sie in Richtung der dort angegebenen Pfeile aufeinanderzu bewegt werden. Somit kommen nur die gegenüberliegenden oberen und unteren Abschnitt des expandierten Rohrs 10 in Eingriff mit den Formteilen 16 und 17. Die Innenfläche des Formhohlraums des zweiten Hydroformwerkzeugs 15 entspricht vorzugsweise der Querschnittsgestalt der gewünschten Endgestalt für das Rohr 10. Die Querschnittsgestalt des Formhohlraums des zweiten Hydroformwerkzeugs 15 kann sich gegebenenfalls über die axiale Längserstreckung hinweg ändern.
6 verdeutlicht die Formteile 16 und 17 nach der Bewegung aufeinanderzu, aber vor dem Beginn der abschließenden Hydroformbearbeitung. Wie dort gezeigt ist, ist der Umfang des dargestellten Abschnitts des Formhohlraums des zweiten Hydroformwerkzeugs 50 etwa gleich dem Umfang des erweiterten Rohrs 10. Wenn daher die beiden Formteile 16 und 17 so aufeinanderzu bewegt werden, daß sie miteinander zusammenarbeiten, können die Abschnitte des Rohrs 10 nach innen verformt werden, so daß sie in passender Weise vollständig in dem Formhohlraum des zweiten Hydroformwerkzeugs 15 vorgesehen sind, ohne daß sie dazwischen eingequetscht werden. Anschließend wird dann eine Hydroformbearbeitung durchgeführt, um die Ausformung des Rohrs 10 zu dem fertiggestellten Gegenstand abzuschließen. 7 zeigt das Rohr 10 nach dem Abschluß der abschließenden Hydroformbearbeitung. Wie bei der vorstehend angegebenen Vorhydroformbearbeitung wird auch bei der abschließenden Hydroformbearbeitung ein unter Druck stehendes Fluid eingesetzt, um das Rohr 10 unter Anpassung an den Formhohlraum des zweiten Hydroformwerkzeugs 15 zu verformen und aufzuweiten. Bei der abschließenden Hydroformbearbeitung wird bewirkt, daß das Rohr 10 derart verformt wird, daß es hinsichtlich seiner Gestalt der Gestalt des Formhohlraums des zweiten Hydroformwerkzeugs 15 entspricht. Da jedoch der Umfang des Rohrs 10 etwa gleich dem Umfang des Formhohlraums des zweiten Hydroformwerkzeugs 15 ist, bleibt die Wanddicke des Rohrs 10 nach der zweiten Hydroformbearbeitung im wesentlichen vollständig mit der Wanddicke T₂ erhalten. Gegebenenfalls kann das Innere des aufgeweiteten Rohrs 10 geringfügig mit einer Druckkraft beaufschlagt werden, wenn die Formteile 16 und 17 aufeinanderzu bewegt werden, um ein Zusammenfallen zu verhindern und um zu bewirken, daß das aufgeweitete Rohr 10 sich an die Gestalt des Formhohlraums anpaßt.
Wie die vorstehenden Ausführungen zeigen, wird bei der Vorhydroformbearbeitung bewirkt, daß das Rohr 10 in dem ersten Hydroformwerkzeug aufgeweitet wird, um den Umfang des Rohrs 10 größer zu machen, während die Wanddicke kleiner wird. Somit wird die Vorhydroformbearbeitung vorzugsweise in der Weise durchgeführt, daß Fluid mit einem relativ hohen Druck in das Rohr 10 eingeleitet wird. Aus den vorstehend genannten Gründen bewirkt die zu Beginn auftretende Aufweitung des Rohrs 10 mit kreisförmigem Querschnitt innerhalb des kreisförmigen Formhohlraums des ersten Hydroformwerkzeugs 11, daß die Wanddicke des Rohrs 10 im wesentlichen gleichmäßig herabgesetzt wird. Folglich kann ein relativ stärkeres Aufweiten als üblich erfolgen, und zwar gegenüber dem Fall, bei dem Veränderungen der Wanddicke des Rohrs 10 berücksichtigt werden müssen, die daraus resultieren, daß das Rohr 10 mit dem ersten Hydroformwerkzeug 11 in Reibschluß kommt. Dieses Voraufweiten des Rohrs 10 ermöglicht ferner, daß die abschließende Hydroformbearbeitung im wesentlichen auf die Verformung des aufgeweiteten Rohrs 10 abgestellt werden kann, und hierbei der Umfang und die Wanddicke des Rohrs im wesentlichen unverändert bleiben. Während dieser abschließenden Hydroformbearbeitung führt das das Rohr 10 bildende Material im wesentlichen nur eine Gleitbewegung zur Anpassung an den Formhohlraum aus. Daher läßt sich die abschließende Hydroformbearbeitung unter Zuführung eines Fluids mit einem relativ niedrigen Druck in das Rohr 10 durchführen. Somit gestattet das Verfahren nach der Erfindung eine größere Aufweitung des Rohrs 10 unter Verwirklichung einer dünneren Wandstärke als bei den bisher üblichen Verfahrensweisen.
Wie zuvor angegeben ist, wird die Vorhydroformbearbeitung vorzugsweise unter Zufuhr eines Fluids mit einem relativ hohen Druck in das Rohr 10 durchgeführt, wobei das Material des Rohrs 10 derart aufgeweitet wird, daß es der Gestalt des Formhohlraums des ersten Hydroformwerkzeugs 11 entspricht. Die Aufweitung bei relativ hohem Druck hat die Tendenz, daß das so ausgeformte Rohr 10 zurückzufedern versucht. Der Druckwert, welcher bei der anfänglichen Hydroformbearbeitung eingesetzt wird, hängt von vielen Einflußgrößen ab, welche die Wanddicke, die Zugfestigkeit und den kleinsten Innenradius des Rohrs 10 mit einschließen. Die abschließende Hydroformbearbeitung erfolgt vorzugsweise durch Zuführen eines Fluids mit einem relativ niedrigen Druck in das Rohr 10, wobei das Material des Rohrs 10 derart verformt wird, daß es sich der Gestalt des Formhohlraums des zweiten Formwerkzeugs 15 anpaßt. Diese Aufweitung bei relativ niedrigem Druck hat nicht die Tendenz einer Rückfederung bei der Ausformung des Rohrs 10. Da jedoch die abschließende Hydroformbearbeitung nur bewirkt, daß das Material des Rohrs 10 zu den gewünschten Stellen bewegt wird, und kaum eine Aufweitung erfolgt, lassen sich akzeptable Toleranzen bei dem fertiggestellten Gegenstand einhalten.
Obgleich voranstehend bevorzugte Ausführungsformen nach der Erfindung erläutert worden sind, ist die Erfindung natürlich nicht auf die dort beschriebenen Einzelheiten beschränkt, sondern es sind zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich, die der Fachmann im Bedarfsfall treffen wird, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen.

Claims

Verfahren zum Hydroformen eines Bauteils mit geschlossenem Hohlquerschnitt, das die folgenden Schritte aufweist: (a) Anordnen des Bauteils mit geschlossenem Hohlquerschnitt in einem Formhohlraum eines ersten Hydroformwerkzeugs, welches einen Umfang hat, welcher größer als der Umfang des Bauteils mit geschlossenem Hohlquerschnitt ist; (b) Durchführen einer Vor-Hydroformbearbeitung zur derartigen Aufweitung des Bauteils mit geschlossenem Hohlquerschnitt unter Anpassung an den Formhohlraum des ersten Hydroformwerkzeugs, dass der Umfang des Bauteils mit geschlossenem Hohlquerschnitt größer wird; (c) Anordnen des Bauteils mit geschlossenem Hohlquerschnitt in einen Formhohlraum eines zweiten Hydroformwerkzeugs, welches einen Umfang hat, welcher im Wesentlichen gleich groß wie der Umfang des Bauteils mit geschlossenem Hohlquerschnitt ist; und (d) Durchführen einer abschließenden Hydroformbearbeitung zur derartigen Verformung des Bauteils mit geschlossenem Hohlquerschnitt unter Anpassung an den Formhohlraum des zweiten Hydroformwerkzeugs, dass der Umfang des Bauteils mit geschlossenem Hohlquerschnitt im Wesentlichen gleich bleibt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt (a) dadurch ausgeführt wird, dass das Bauteil mit geschlossenem Hohlquerschnitt mit einer Gestalt versehen wird, die der Gestalt des Formhohlraums des ersten Hydroformwerkzeugs entspricht.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil mit geschlossenem Hohlquerschnitt eine Außenfläche hat, welche eine kreisförmige Querschnittsgestalt besitzt, und wobei der Formhohlraum des ersten Hydroformwerkzeugs einen Innenfläche hat, die eine kreisförmige Querschnittsgestalt besitzt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt (a) in der Form durchgeführt wird, dass das Bauteil mit geschlossenem Hohlquerschnitt konzentrisch im Formhohlraum des ersten Hydroformwerkzeugs angeordnet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wanddicke des Bauteils mit geschlossenem Hohlquerschnitt während des Schritts (b) vermindert wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wanddicke des Bauteils mit geschlossenem Hohlquerschnitt während des Schritts (b) im Wesentlichen einheitlich vermindert wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als vorbereitender Schritt ein Vorbiegen des Bauteils mit geschlossenem Hohlquerschnitt vor einem Anordnen desselben in einem Formhohlraum des ersten Hydroformwerkzeugs durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt (b) bei einem höheren Druck als der Schritt (d) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil mit geschlossenem Hohlquerschnitt eine Außenfläche hat, welche eine nichtkreisförmige Querschnittsform besitzt, und der Formhohlraum des zweiten Hydroformwerkzeugs eine Innenfläche hat, die eine nichtkreisförmige Querschnittsform besitzt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wanddicke des Bauteils mit geschlossenem Hohlquerschnitt während des Schritts (d) im Wesentlichen unverändert bleibt.