DE202011110469U1

DE202011110469U1 - Rohrbalken mit zentralem Einzelträger

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Publication number: DE202011110469U1
Application number: DE202011110469.2U
Authority: DE
Original assignee: Shape Corp
Current assignee: Shape Corp
Priority date: 2010-09-23
Filing date: 2011-09-09
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2021-09-10
Also published as: BR112013006589B1; EP2619040B1; EP2619040A4; JP2017006987A; JP2013537868A; CN104148539A; JP5722492B2; US10703312B2; PL2619040T3; US20140033791A1; MX342506B; EP2619040A2; JP5984219B2; CN103221266A; CN106217041A; ES2682349T3; JP6463792B2; US20130168360A1; KR20130132419A; KR102017648B1

Abstract

Vorrichtung zum Umformen eines Blechs zu einem durchgehenden Balken mit vier Außenwänden und einem gemeinsamen zentralen Träger, welcher sich zwischen zwei einander gegenüberliegenden Wänden erstreckt, wobei die vier Außenwände einen rechteckigen Querschnitt definieren, und der gemeinsame zentrale Träger den rechteckigen Querschnitt in ein erstes und ein zweites aneinandergrenzendes Rohr teilt, wobei der gemeinsame zentrale Träger gerundete Enden aufweist, welche jeweils Gleitebenen senkrecht zu dem gemeinsamen zentralen Träger definieren, und wobei das Blech Kanten aufweist, welche an die gerundeten Enden anstoßen, umfassend: Walzprofilierstationen mit Walzen zum Umformen des Blechs zu einem durchgehenden Balken mit den vier Außenwänden und dem gemeinsamen zentralen Träger; und eine Schweißstation mit Schweißeinrichtungen und einer Schweißboxvorrichtung, wobei die Schweißboxvorrichtung einen Vorrichtungsrahmen und äußere Dorne beinhaltet, welche von dem Vorrichtungsrahmen gestützt werden und die vier Außenwände in einer gewünschten präzisen Form stützen, wobei zwei der äußeren Dorne beweglich sind und sich gegenüberliegen, wobei die äußeren Dorne eine Form des durchgehenden Balkens steuern mittels Biegen und Bewegen von Blechmaterial, wenn es während eines Schweißvorgangs der Schweißeinrichtung in der Schweißboxvorrichtung ist.

Description

Die vorliegende Anmeldung genießt gemäß der US-Patentvorschrift 35 USC Section 119(e) den Zeitrang der provisorischen Anmeldung Nr. 61/385,680, eingereicht am 23. September 2010, mit dem Titel ROHRBALKEN MIT ZENTRALEM EINZELTRÄGER, deren gesamter Inhalt hier durch Bezugnahme aufgenommen wird.
HINTERGRUND
Die vorliegende Erfindung betrifft Stoßfängerverstärkungsbalken, welche in Fahrzeugstoßfängersystemen verwendet werden, wobei der Balken rohrförmig ist und einen zentralen Einzelträger (Monoträger) aufweist. Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Walzprofiliereinrichtung zum Formen derartiger Balken. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht nur auf Stoßfängerverstärkungsbalken für Fahrzeuge beschränkt.
Moderne Fahrzeugstoßfängersysteme beinhalten üblicherweise einen Verstärkungsbalken, welcher hohe Festigkeit und Stoßeigenschaften aufweist, um die von der Regierungs- und Versicherungsnormen für bestimmte Fahrzeuge zu erfüllen, sie sind jedoch auch ausgelegt, das Fahrzeuggesamtgewicht zu minimieren, die Verhältnisse von Festigkeit zu Gewicht zu maximieren, in begrenztem Fahrzeuggehäuseraum Platz zu finden und ästhetischen und funktionellen Fahrzeuganforderungen an den vorderen und hinteren Enden von Fahrzeugen zu genügen. Gleichzeitig minimieren die Vorgänge der Balkenherstellung bevorzugt unerwünschte Maß- und Qualitätsabweichungen des Produkts, während sie auch die Herstellungskosten minimieren, die Herstellbarkeit optimieren und Schrott minimieren. Walzprofiliervorgänge haben sich als besonders effektiv bei der Herstellung großer Reihen von Stoßfängerverstärkungsbalken zu wettbewerbsfähigen Kosten und mit hoher Maßkonsistenz erwiesen. Der Wettbewerb in der Branche ist jedoch sehr groß, so dass auch kleine Verbesserungen wichtig sein können.
Weiter widersprechen sich viele der oben genannten gewünschten Merkmale derart, dass nicht klar ist, wie ein bestimmter Stoßfängerverstärkungsbalken verbessert werden kann oder wie der Walzprofiliervorgang zur Herstellung des Balkens verbessert werden kann. Beispielsweise kann ein schwererer Balken eine höhere Festigkeit aufweisen, aber dies würde zu einer nicht akzeptablen Erhöhung des Fahrzeuggewichts führen. Hochfeste Materialien können bevorzugt sein, sie sind jedoch teuer, schwer zu formen bzw. umzuformen und setzen die Werkzeuge starkem Verschleiß aus. Eine präzise Steuerung bei der Positionierung der Blechkanten beim Walzprofiliervorgang ist gewünscht, um eine präzise Querschnittsform des Balkens zu erleichtern, um Toleranzen entlang der Kanten zu verringern, so dass überschüssiges Material entlang den Kanten verringert werden kann, um das Balkengewicht zu minimieren und um einen konsistenten Kontakt während des Schweißens zu erleichtern. Dies kann jedoch zusätzliche Walzprofilierschritte und -stationen sowie zusätzliches Werkzeug, Hardware- und Softwaresteuerung erfordern, was jeweils die Kapitalinvestitionen erhöht und den Walzprofiliervorgang komplexer macht. Die obigen Balken beinhalten zwei Blechkanten, welche gegen anderes Material des Blechs geformt werden und jeweils von einer Schweißeinrichtung geschweißt werden, um die Rohrform der Balken dauerhaft zu formen. Schweißeinrichtungen beanspruchen jedoch Platz entlang der Walzprofiliervorrichtung, insbesondere wenn die Schweißeinrichtungen an unterschiedlichen Stationen entlang einer Länge einer Walzprofiliervorrichtung positioniert sind, so dass die erforderliche Bodenfläche beträchtlich größer wird und auch die Kapitalinvestition größer wird. Dennoch ist es schwierig, an zwei einander gegenüberliegenden Seiten eines Balkens zu schweißen, da umherfliegender Abfall eine Schweißeinrichtung oder beide Schweißeinrichtungen negativ beeinflusst. Insbesondere müssen die Schweißnähte konsistent und verlässlich sein, um eine verlässliche und konsistente Stoßfestigkeit der Stoßfängerverstärkungsbalken und der damit verbundenen Stoßfängersysteme zur Verfügung zu stellen.
ZUSAMMENFASSUNG DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verstärkungsbalken einen aus einem einzelnen Blech geformten Balken beinhaltend ein erstes und zweites Rohr, welche sich eine gemeinsame Wand teilen und mit koplanar ausgerichteten Vorderwänden und koplanar ausgerichteten Rückwänden, wobei jede Vorderwand eine Kanalrippe darin beinhaltet, wobei das Blech eine erste Kante beinhaltet mit einem ersten gerundeten Bereich und einer ersten Spitze, eine zweite Kante mit einem zweiten gerundeten Bereich und einer zweiten Spitze, einen dritten gerundeten Bereich, welcher eine der ausgerichteten Vorderwände mit einem ersten Ende der gemeinsamen Wand verbindet, und einen vierten gerundeten Bereich, welcher eine der Rückwände mit einem anderen Ende der gemeinsamen Wand verbindet, wobei der erste und dritte gerundete Bereich an einer ersten Schweißnaht zusammengeschweißt werden und eine vordere Spaltrippe bilden, deren Tiefe wenigstens das Zweifache der Blechdicke beträgt, und wobei der zweite und vierte gerundete Bereich an einer zweiten Schweißnaht zusammengeschweißt werden und eine rückwärtige Spalte formen, deren Tiefe wenigstens das Zweifache der Blechdicke beträgt, wobei die Kanalrippen und die vordere Spaltrippe Rippen formen, welche eine Vorderfläche des Balkens versteifen.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Verfügung gestellt zum Umformen eines Blechs zu einem Balken mit vier Außenwänden und einem gemeinsamen zentralen Träger, welcher sich zwischen zwei einander gegenüberliegenden Wänden erstreckt, wobei die vier Außenwände einen rechteckigen Querschnitt definieren, und der zentrale Träger den Querschnitt in ein erstes und ein zweites aneinandergrenzendes Rohr teilt, wobei der zentrale Träger gerundete Enden aufweist, welche jeweils Gleitebenen senkrecht zu dem zentralen Träger definieren, und wobei das Blech Kanten aufweist, welche an die gerundeten Enden anstoßen. Die Vorrichtung beinhaltet eine Walzprofiliereinrichtung beinhaltend Walzprofilierstationen mit Walzen zum Umformen des Blechs zu dem Balken mit den vier Außenwänden und dem gemeinsamen zentralen Träger, wobei die Walzprofiliereinrichtung eine Schweißstation beinhaltet mit Schweißeinrichtungen und einer Schweißboxvorrichtung bzw. Schweißkastenvorrichtung, wobei die Schweißboxvorrichtung einen Vorrichtungsrahmen und von dem Vorrichtungsrahmen gestützte und die vier Außenwände in einer gewünschten präzisen Form stützende äußere Dorne beinhaltet, wobei zwei der äußeren Dorne beweglich sind und einander gegenüberliegen, und beinhaltend wenigstens eine Betätigungsvorrichtung, welche operabel mit den zwei einander gegenüberliegenden äußeren Dornen verbunden ist, um die sich gegenüberliegenden äußeren Dorne in Eingriff mit entsprechenden einander gegenüberliegenden Wänden der vier verbundenen vier Außenwände zu bewegen. Die Vorrichtung beinhaltet weiter innere Dorne in sowohl dem ersten als auch dem zweiten aneinandergrenzenden Rohr, welche von vorgelagerten Ankerlinien gestützt werden, so dass die inneren Dorne im Wesentlichen angrenzend an die äußeren Dorne bleiben. Durch diese Anordnung steuern die inneren und äußeren Dorne in Kombination mit einer Vorspannung der Federn und einer Gegenspannung der zwei einander gegenüberliegenden äußeren Dorne eine Form des Balkens mittels Biegen und Bewegen von Blechmaterial entlang den Gleitebenen, um so aktiv eine präzise Form beizubehalten, wenn das Blechmaterial während eines Schweißvorgangs der Schweißeinrichtung in der Schweißboxvorrichtung ist.
In einem engeren Aspekt beinhaltet jeder innere Dorn einander gegenüberliegende Hälften und eine Feder, welche die einander gegenüberliegenden Hälften gegen die äußeren Dorne und gegen eine Kraft der Betätigungsvorrichtung auseinanderspannt bzw. auseinanderdrückt.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Verfügung gestellt zum Umformen eines Blechs zu einem Balken mit vier Außenwänden und einem gemeinsamen zentralen Träger, welcher sich zwischen zwei einander gegenüberliegenden Wänden erstreckt, wobei die vier Außenwände einen rechteckigen Querschnitt definieren, und der zentrale Träger den Querschnitt in ein erstes und zweites aneinandergrenzendes Rohr teilt, wobei der zentrale Träger gerundete Enden aufweist, welche jeweils Gleitebenen senkrecht zu dem zentralen Träger definieren, und wobei das Blech Kanten aufweist, welche an die gerundeten Enden anstoßen. Die Vorrichtung beinhaltet eine Walzprofiliereinrichtung beinhaltend Walzprofilierstationen mit Walzen zum Umformen des Blechs zu dem Balken mit den vier Außenwänden und dem gemeinsamen zentralen Träger, wobei die Walzprofiliereinrichtung eine Schweißstation mit Schweißeinrichtungen und einer Schweißboxvorrichtung beinhaltet, wobei die Schweißboxvorrichtung einen Vorrichtungsrahmen, von dem Vorrichtungsrahmen gestützte und die vier Außenwände in einer gewünschten präzisen Form stützende äußere Dorne beinhaltet, wobei zwei der äußeren Dorne beweglich sind und einander gegenüberliegen, und beinhaltend wenigstens eine Betätigungsvorrichtung, welche operabel mit den zwei einander gegenüberliegenden äußeren Dornen verbunden ist, um die einander gegenüberliegenden äußeren Dorne in Eingriff mit entsprechenden einander gegenüberliegenden Wänden der vier Außenwände zu bewegen, wobei zwei andere äußere Dorne feststehend sind und einander gegenüberliegen, so dass die zwei anderen äußeren Dorne im Allgemeinen einen Abstand zwischen den beiden einander gegenüberliegenden Wänden, zwischen denen sich der zentrale Träger erstreckt, festlegen. Durch diese Anordnung steuern die äußeren Dorne in Kombination mit einer Vorspannung der zwei/einander gegenüberliegenden äußeren Dorne eine Form des Balkens mittels Biegen und Bewegen von Blechmaterial entlang den Gleitebenen, um so aktiv eine präzise Form beizubehalten, wenn das Blechmaterial während eines Schweißvorgangs der Schweißeinrichtung in der Schweißboxvorrichtung ist.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet eine Vorrichtung eine Walzprofiliereinrichtung beinhaltend Walzprofilierstationen mit Walzen zum Umformen des Blechs zu dem durchgehenden Balken mit den vier Außenwänden und dem gemeinsamen zentralen Träger, wobei die Walzprofiliereinrichtung eine Schweißstation mit einer Schweißeinrichtung und einer Schweißboxvorrichtung beinhaltet, wobei die Schweißeinrichtung einen nach oben abgewinkelten Laserstrahl zum Schweißen des durchgehenden Balkens erzeugt, um den Querschnitt dauerhaft festzulegen, wobei der Schweißstrahl unter dem durchgehenden Balken an einer Stelle der Schweißboxvorrichtung vorgelagert oder nachgelagert positioniert ist, so dass der Laserstrahl innerhalb einer nach unten weisenden Spalte, welche durch eine der an eines der gerundeten Enden anstoßenden gerundeten Kanten gebildet wird, schweißt. Durch diese Anordnung schweißt die Schweißeinrichtung den durchgehenden Balken von einer Position unter dem durchgehenden Balken, welche jedoch von herabfallendem Abfall entfernt ist.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet eine Vorrichtung eine Walzprofiliereinrichtung beinhaltend Walzprofilierstationen mit Walzen zum Umformen des Blechs zu dem durchgehenden Balken mit den vier Außenwänden und dem gemeinsamen zentralen Träger, wobei die Walzprofiliereinrichtung eine einzelne Schweißstation mit einer oberen Schweißeinrichtung und einer unteren Schweißeinrichtung und einer Schweißboxvorrichtung beinhaltet, wobei die Schweißeinrichtungen den durchgehenden Balken schweißen, um den Querschnitt dauerhaft festzulegen, indem in der Schweißstation gleichzeitig an einer oberen und einer unteren Stelle an dem Balken geschweißt wird. Durch diese Anordnung erfolgt das Schweißen in der einzelnen Schweißstation und nicht in mehreren Schweißstationen.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet eine Vorrichtung beinhaltend erste Walzprofilierstationen mit ersten Walzensets bzw. Walzenpaaren, welche den zentralen Träger des Blechs und Außenbordflügel des Blechs formen, wobei die Außenbordflügel an den zentralen Träger angrenzende Bereiche aufweisen, welche sich senkrecht zu dem zentralen Träger erstrecken und welche durch die gerundeten Enden an den zentralen Träger gefügt werden, und wobei an den Außenbordflügeln ebenfalls die gerundeten Kanten geformt sind. Die Walzprofiliereinrichtung beinhaltet weiter zusätzliche Walzprofilierstationen mit zusätzlichen Walzensets, welche die Außenbordflügel in ein erstes und ein zweites Rohr umformen, wobei der zentrale Träger eine gemeinsame Wand ist, welche Teil sowohl des ersten als auch des zweiten Rohrs bildet. Die Walzprofiliereinrichtung beinhaltet eine obere und eine untere Schweißeinrichtung, welche die gerundeten Kanten an die gerundeten Enden schweißen.
Diese und andere Aspekte, Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung sind für den Fachmann durch Studium der vorliegenden Beschreibung, Ansprüche und der angefügten Zeichnungen verständlich und einschätzbar.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Draufsicht auf einen rohrförmigen Stoßfängerverstärkungsbalken mit einem zentralen Einzelträger.
2 ist eine Schnittansicht entlang Linie II-II in 1.
3 ist eine Ansicht der Walzprofiliervorrichtung zum Durchführen des vorliegenden Walzprofiliervorgangs.
4 zeigt eine Reihe von Querschnitten S1–S33, welche eine Form des ursprünglichen Blechs bei jedem Umformungsschritt beim Formen des Balkens von 1 zeigen.
5 ist ein Querschnitt des Balkens der 1 und 2 beinhaltend Nahtverfolgungsscheiben, welche Teil einer Schweißstation sind.
6 ist ein abgewandelter Balken ähnlich den 1 und 2, jedoch mit abgewandeltem Querschnitt.
7 ist eine Seitenansicht, welche eine Schweißstation nahe einem Ende des Walzprofiliervorgangs zeigt.
8 ist ein Querschnitt durch die Schweißstation von 7, welcher eine Druckboxvorrichtung zum Halten der endgültigen Form des walzprofilierten Balkens während eines gleichzeitigen Doppelschweißschritts zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ein Stoßfängerverstärkungsbalken 40 (1) beinhaltet einen rohrförmigen Verstärkungsbalken 50 für ein Fahrzeugstoßfängersystem und an dem Balken 50 befestigte Halterungen 41, um die Befestigung an einem Fahrzeugrahmen zu erleichtern, beispielsweise zur Verwendung in einem vorderen Stoßfängersystem (in 1 dargestellt) oder einem hinteren Stoßfängersystem eines Fahrzeugs. Der dargestellte Balken 50 beinhaltet einen längslaufenden zentralen Bereich 32, welcher mit einem ersten Radius R1 gekrümmt ist, und längslaufende äußere Enden, welche mit einem engeren zweiten Radius R1 gekrümmt sind, um sich einer aerodynamischen Form eines bestimmten Fahrzeugs anzupassen. Es ist jedoch zu beachten, dass die vorliegenden Erfindungskonzepte auf jeden Balken, sei er linear oder gebogen, und unabhängig davon, ob er konsistent mit einem einzelnen Radius gekrümmt/gebogen ist oder in Längsrichtung unterschiedliche Krümmungen (”Bögen”) aufweist, verwendet werden können.
Der vorliegende Balken 50 besteht aus einem Stahlblechmaterial mit einer Dicke von 0,8 mm bis 1,4 mm und einer Zugfestigkeit von etwa 800 bis 2000 MPa (d. h. ungefähr 120 bis 290 ksi). Der dargestellte Balken ist etwa 80 mm hoch und 40 mm breit (in der am Fahrzeug angebrachten Position), wobei zwei Kanalrippen in der Balkenvorderfläche gebildet sind (eine über jedem Rohr). Jede der dargestellten Kanalrippen ist etwa 8–10 mm tief und 8–10 mm breit und beinhaltet einen abgerundeten Boden. Es ist jedoch zu beachten, dass der vorliegende Balken aus anderen Materialien sein kann, u. a. AHS-Stähle (AHSS, Advanced High Strength Steels), und er kann aus einem Blech mit einer Dicke von etwa 0,8–3,0 mm (oder beispielsweise einer Dicke von 0,8 mm bis 1,4 mm) hergestellt sein, und er kann in unterschiedlichen Balkenquerschnittsgrößen, wie beispielsweise einer Höhe von 80–150 mm und einer Tiefe von 30–60 mm, und einer Länge gleich oder etwas größer als ein Abstand zwischen Fahrzeughalterungen/Stoßfänger-Längsträgerspitzen, hergestellt sein.
Der vorliegende Balken 50 (3) wird geformt aus einem einzelnen Stahlblech in einer Walzprofiliervorrichtung mittels einer Reihe von Walzenpaaren in Walzprofilierstationen, wobei jede Station einen Umformungsvorgang durchführt, wie er beispielsweise durch die walzprofilierte Profilblume der Schritte 1–33 in 4 gezeigt ist. Während des Vorgangs wird ein einzelnes Blech so umgeformt, dass aneinandergrenzende Rohre an einander gegenüberliegenden Seiten einer einzelnen zentralen Wand (hier manchmal ”Mono”-Wand oder ”zentraler Träger” genannt) geformt werden. Die Walzprofiliereinrichtung beinhaltet einen ersten Bereich mit Profilierwalzen in Stationen S1–S7, beinhaltend das Formen eines zentralen Abschnitts (d. h. der zentralen Wand), wobei sich äußere Abschnitte des Blechs nach außen und im Allgemeinen senkrecht zu der zentralen Wand erstrecken. Gerundete Blechkanten werden ebenfalls in den Schritten S1–S7 geformt. Die Walzprofiliereinrichtung beinhaltet weiter einen zweiten Bereich mit Profilierwalzen in Stationen S8–S33, welche ein erstes und ein zweites Rohr an den zwei Seiten des zentralen Trägers formen, wobei sich die Rohre den zentralen Träger als gemeinsame Wand teilen. Die Kanalrippen werden im Wesentlichen in den Schritten S8–S12 geformt und tragen dazu bei, eine seitliche Position des Blechs zu steuern, während es sich entlang der Walzprofiliereinrichtung bewegt. Laserschweißen erfolgt in oder nach Station S33. Alternativ kann das Schweißen in zwei getrennten Schritten erfolgen, beispielsweise in einem Walzprofiliervorgang, bei dem das erste Rohr nach der Hälfte des Vorgangs (lange vor der letzten Umformstation) geformt wird.
Wie dargestellt wird insbesondere etwas weniger als ”die Hälfte” des Blechs in einer ersten Richtung (in 4 als im Uhrzeigersinn dargestellt) zu einem ersten Rohr verformt, wobei eine erste gerundete Kante des Blechs an ein gerundetes Ende der zentralen Wand anstößt (und verschweißt wird), und eine entgegengesetzte ”Hälfte” des Blechs in eine entgegengesetzte zweite Richtung (beispielsweise entgegen dem Uhrzeigersinn) zu einem zweiten Rohr geformt wird, wobei eine zweite gerundete Kante an das andere gerundete Ende der zentralen Wand anstößt (und verschweißt wird). Die Kontaktlinie zum Schweißen an der ersten gerundeten Kante ist an einem Ende des Radius, wo eine Endspitze des Blechs ”flach” wird. Ähnlich ist die Kontaktlinie des gerundeten Endes der zentralen Wand an einem Ende der zentralen Wand, wo die zentrale Wand ”flach” wird. Es ist jedoch wünschenswert, dass der Radius der Erstkontakt ist, so dass der Laserstrahl des Schweißvorgangs optimale Bedingungen zum Bilden einer konsistenten Schweißnaht vorfindet. Insbesondere beinhaltet der Schweißvorgang einen Laserstrahl, welcher in die Spalte eintritt und Material an der anstoßenden Kontaktlinie, welche von dem gerundeten Ende und der gerundeten Kante gebildet wird, erwärmt. Daher kann es wünschenswert sein, dass die Endspitzen der Blechkanten derart umgeformt werden, dass sie auch bei Vorgangsvariationen keine Lücke am Boden der Spalte verursachen, da eine Lücke, abhängig von der Größe der Lücke, das Schweißen ungünstig beeinflussen würde (könnte).
Insbesondere hilft die Schweißboxvorrichtung beim Festlegen des Linienkontakts und beim Festlegen eines gewünschten Anstoßdrucks für den Schweißvorgang an dem Linienkontakt. Die Fügematerialien werden von der im 8 gezeigten Schweißvorrichtung aneinander anstoßend gehalten, wie nachstehend erläutert wird, um eine gute Schweißnaht zu erleichtern. Eine gerundete Form der Kanten erlaubt einen guten Kontakt, ermöglicht aber dennoch, dass sich die Kanten biegen, gleiten und verbiegen (verursacht durch die in der Schweißboxvorrichtung erzeugte Kräfte), insbesondere entlang Gleitebenen P1 und P2, welche es der Vorrichtung erlauben, eine gewünschte Querschnittsform in der Schweißstation ”festzulegen” und zu halten. Diese Anordnung erlaubt gutes Schweißen und verringert potentiell die Kritikalität perfekter Maßgenauigkeit der Kanten. Gleichzeitig beinhalten die Kanten des Blechs einen Spitzenabschnitt von Material innerhalb des Balkens, welcher sich von der Schweißlinie weg erstreckt. Wie oben bemerkt ist das freie Ende des Spitzenabschnitts erforderlich, um sicherzustellen, dass ausreichend Material zum Schweißen vorhanden ist trotz Materialvariationen entlang der Kante und Vorgangsvariationen. Überschüssiges Material in dem freien Ende des Spitzenabschnitts führt jedoch zu Müll und zusätzlichem Gewicht bei dem Stoßfängerbalken. Durch präzises Steuern des Kontakts und Eingriffs der Kanten und des anstoßenden Materials kann die Länge des ”freien Endes” minimiert werden, so dass das Gesamtgewicht des Balkens auf ein Mindestmaß reduziert wird. Es ist zu beachten, dass sogar Gewichtseinsparungen im Grammbereich für Automobilingenieure und Fahrzeugentwickler bedeutend sein können. Das dargestellte ”freie Ende” soll weniger als etwa 4 mm sein, es ist jedoch zu beachten, dass es möglicherweise auf beispielsweise 2 mm verringert werden könnte, abhängig von bestimmten Vorgangsparametern und funktionellen Anforderungen an den Balken.
Wie erwähnt erleichtern und ermöglichen die gerundeten Kanten des Blechs vorteilhafterweise einen konsistenten und nachgiebigen aneinanderstoßenden Eingriff, während sie sich in Kontakt mit gerundeten (gebogenen) Füge-Ecken am zentralen Träger des Balkens erstrecken und damit verschweißt werden. Der Doppelradius der Kanten und der zentralen Trägerenden erlaubt, dass die zwei Materialabschnitte verlässlich in Linienkontakt eingreifen und innerhalb eines gewünschten Bereichs von Anstoßkraft eingreifen, wodurch Maßabweichungen während des Herstellungsvorgangs besser Rechnung getragen werden kann. Diese Konfiguration erleichtert einen guten Linienkontakt der aneinanderstoßenden Materialabschnitte und erleichtert somit gutes Schweißen trotz Maßabweichungen und Vorgangsvariationen. Gleichzeitig treten die gerundeten Kanten und ”freien Enden” der Kanten in die Vorder- und Rückfläche des Balkens zurück, so dass durch die vordere und rückwärtige Oberfläche des Balkens definierte vertikale Ebenen nicht unterbrochen sind durch eine nach außen vorstehende Kante des Blechs, was wichtig sein kann bei der Erfüllung der Vorgaben der Fahrzeughersteller. Auch wird der zentrale Träger aus einer Mitte des Blechs (und nicht aus einer Seitenkante des Blechs) geformt. Indem der zentrale Träger zuerst geformt wird und indem er aus einer Blechmitte geformt wird, ist der Walzprofiliervorgang ausgeglichener und gesteuerter, wodurch es leichter wird, eine seitliche Position des Blechs zu steuern. Anders gesagt, wird ein ”Wandern” des Blechs in der Walzprofiliereinrichtung verringert, da zuerst der zentrale Träger geformt wird, da der zentrale Träger dann als ”zentraler Anker” beim späteren Umformen des Blechs dient. Diese erhöhte präzise Positionssteuerung des Blechs führt dazu, dass Toleranzen der ”freien Enden” der Kanten weiter verringert werden können, da kein breiter Toleranzbereich benötigt wird. Es ist zu beachten, dass die ”freien Enden” der Kanten auf 4 mm oder weniger, und sogar auf 2 mm oder weniger, verringert werden können, abhängig von Vorgangssteuerungen und Eigenschaften des Blechs und des Walzprofiliervorgangs.
Der rohrförmige Verstärkungsbalken 50 mit seinem zentralen Träger ist insbesondere geeignet für die Verwendung als Verstärkungsbalken in einem Fahrzeugstoßfängersystem aufgrund seines hohen Verhältnisses von Festigkeit zu Gewicht, aufgrund seiner Widerstandsfähigkeit gegenüber Längsbiegung infolge eines Stoßes nach innen von den Enden und aufgrund seiner Verdrehfestigkeit gegenüber Drehkräften, wie beispielsweise von einem Stoß vertikal abseits der Mitte.
Wie oben erwähnt wird der Balken 50 (2) aus einem einzelnen einheitlichen Blech in einem kontinuierlichen Walzprofiliervorgang geformt (6). Der Balken 50 beinhaltet eine erste Kante 51 und eine zweite Kante 52 sowie sieben Wandabschnitte 53–59, welche sich dazwischen der Reihe nach erstrecken. Der erste bis vierte Wandabschnitt 53–56 bilden ein erstes Rohr, und der vierte bis siebte Wandabschnitt 56–59 bilden ein angrenzendes zweites Rohr, wobei der Wandabschnitt 56 eine gemeinsam geteilte Wand ist. Die Wandabschnitte 53–55 und 57–59 werden kombiniert und bilden eine Rohrform mit einem zentralen Träger, welcher von einem sich horizontal erstreckenden Wandabschnitt 56 (in der am Fahrzeug angebrachten Position) und wobei Wandabschnitte 55 und 59 eine vertikale koplanare Vorderfläche bilden, und Wandabschnitten 53 und 57 eine vertikale koplanare Rückfläche bilden. Die erste Kante 51 wird verformt, um einen Radius CR1 von etwa 3–4 mm zu formen, wobei die Spitze 51' (d. h. das ”freie Ende” mit einer Länge von etwa 4 mm oder möglicherweise lediglich 2 mm) sich derart erstreckt, dass eine innere Oberfläche 61 der ersten Kante 51 parallel zu dem mittleren Wandabschnitt 56 ist. Der Radius CR1 und die entsprechende gerundete Ecke 62 (gebildet von dem vierten und fünften Wandabschnitt 56–57 an der Vorderfläche des Balkens) stehen in Eingriff und sind verschweißt, um das erste Rohr dauerhaft festzulegen.
Beim Balken 50 ist die zweite Kante 52 ebenfalls nach innen verformt, um einen Radius ähnlich dem Radius CR1 zu formen (beispielsweise etwa 3–4 mm in dem dargestellten Balken), wobei sich jedoch die Endspitze 52' parallel zu dem zentralen Wandabschnitt 56 erstreckt. Der Radius CR1 steht in Eingriff mit und ist verschweißt mit einer entsprechenden gerundeten Ecke 64, welche von dem vierten und dritten Wandabschnitt 56 und 55 gebildet wird. Der dargestellte Balken 50 weist einen Querschnitt auf, welcher im Allgemeinen rechteckig ist, wobei ein zentraler Träger das Rechteck in ein erstes und ein zweites Rohr teilt, welche aneinandergrenzen und gleich groß sind. Es hat sich gezeigt, dass dieser Querschnitt herausragende Biegesteifigkeit, Verdrehsteifigkeit und ein verhältnismäßig hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht bietet.
Der dargestellte erste Wandabschnitt 53 beinhaltet eine Kanalrippe 65 (d. h. eine nach innen geformte Einsenkung, manchmal auch als ”Kraftrippe” bezeichnet), welche den Wandabschnitt 53 weiter verstärkt und entsprechend die Vorderfläche des Balkens versteift und den ersten Rohrabschnitt versteift. Die dargestellte Kanalrippe 65 ist im Allgemeinen mittig entlang dem Wandabschnitt 53 angeordnet und weist einen Breitendurchmesser von etwa 10%–40% der Breite des Wandabschnitts 53 (oder bevorzugter etwa 20%–30% der Breite) auf und eine Tiefe, welche etwa gleich dem Breitendurchmesser ist. Der fünfte Wandabschnitt 57 beinhaltet auch eine Kanalrippe 66 (in Größe, Form und Lage ähnlich der Rippe 65), welche den Wandabschnitt 57 versteift und entsprechend die Vorderfläche des Balkens und den zweiten Rohrabschnitt versteift. Die Radien CR1, welche von der ersten Kante 51 und Spitze 51A und von der zweiten Kante 52 und Spitze 52A gebildet werden, weisen Mittelpunkte auf, welche innerhalb der jeweils dadurch gebildeten Rohre liegen. Die Böden der dargestellten Kanalrippen sind halbkreisförmig. Dennoch ist zu beachten, dass die Tiefe und Größe der Kanalrippen flach, tiefer, breiter, schmäler, mit flachem Boden oder anders abgewandelt werden kann, um besonderen Funktionsanforderungen eines Balkens zu erfüllen.
Insbesondere sorgt die gerundete Form der Kanten 51 und 52 und der Füge-Ecken dafür, dass sie eine Spaltrippe formen, welche ebenfalls den Balken 50 versteift und somit die Vorder- und Rückwände/-flächen des Balkens nicht unähnlich den Kanalrippen 65 und 66 stabilisiert. An der Vorderfläche des Balkens wird die von der gerundeten Form der Vorderkante 51 und der entsprechenden Ecke gebildete Spaltrippe mit den zwei Kanalrippen 65 und 66 kombiniert, um in der Tat drei Rippen an einer Vorderseite des Balkens 50 zu formen, welche jeweils die Biegefestigkeit und Verdrehfestigkeit des Balkens versteifen. Versuche haben gezeigt, dass die Steifigkeit des Balkens ausreichend erhöht werden kann, um evtl. zusätzlich von den Kanalrippen, welche ein breiteres Blech für die Herstellung des Balkens erfordern, eingebrachtes Gewicht zu kompensieren. Die Spaltrippe ist im Allgemeinen mit der zentralen Wand ausgerichtet und der dadurch definierte Hohlraum ist etwa 3–4 Mal so tief wie eine Querschnittsdicke des Blechmaterials. Insbesondere ist der Hohlraum der dargestellten Spaltrippe etwa 3–4 mm tief, basierend auf einer Blechmaterialdicke von etwa 0,8–1,2 mm. Die Laserschweißnaht befindet sich am Boden des Spalts, wo das Material zuerst in Anstoßkontakt kommt.
Es ist zu beachten, dass Schweißnähte 70 und 71 mittels Laserschweißeinrichtungen 72 und 73 hergestellt werden (3). Die vorliegenden Schweißeinrichtungen 72 und 73 befinden sind in einer einzelnen Station S33, was hinsichtlich Raumnutzung, Verdrahtung und Vorgangssteuerung erhebliche Vorteile hat. Die Schweißnähte 70 und 71 (2) werden an dem Außenbordanstoßmaterial in der Spalte gebildet derart, dass die Schweißnähte leicht, beispielsweise etwa 4 mm, oder möglicherweise lediglich etwa 2 mm, von den Spitzenenden (d. h. den ”freien Enden”) der ersten und zweiten Kante beabstandet sind. Das dargestellte gekrümmte, aneinanderstoßende Ineinandergreifen des Blechmaterials erweist sich als tolerant bzw. nachgiebig und erlaubt eine gewisse Maßabweichung und Maßsteuerung innerhalb der Schweißvorrichtung, ohne den Linienkontakt und den Schweißvorgang negativ zu beeinflussen. Die vorliegenden Schweißeinrichtungen 72 und 73 befinden sich zwar in einer einzelnen Station S33, es ist jedoch zu beachten, dass sie sich, falls gewünscht oder falls eine bestimmte Anwendung das nötig macht, in getrennten Stationen entlang der Walzprofiliereinrichtung befinden könnten.
Insbesondere ist der Balken, inkl. sein Querschnittsprofil und die Schweißnähte 70 und 71, symmetrisch. Dies trägt sehr dazu bei, dass der Balken gleichförmig und gerade bleibt (und verhindert Abwinkeln und nichtlineares Verbiegen aufgrund nicht ausgeglichener Schweißnahterwärmungen und Materialschrumpfung/-bewegung) während Walzprofilier- und Herstellungsvorgängen. Der Fachmann im Walzprofilieren erkennt, wie ausgeglichen die (Um-)Formung in jedem der Schritte S1–S33 (4) ist. Insbesondere erkennen Fachleute in der Walzprofilierfertigung und -entwicklung den Wert der senkrechten zentralen Wand in Schritt S7 und auch den Wert der senkrechten Außenwände in Schritt S21 und der Minimierung der Walzprofilierschritte, welche hierdurch erleichtert wird.
Die Herstellung eines rohrförmigen Verstärkungsbalkens 50 mit einem zentralen Wandabschnitt 56 für einen Stoßfängerverstärkungsbalken 40 (sh. Walzprofiliereinrichtung in 3 und die Balken in 1 und 2) beinhaltet folgende Schritte: Bereitstellen eines Blechs 49 (sh. 3) beinhaltend eine erste und eine zweite Kante 51–52 (2) und sieben Wandabschnitte 53–59, welche sich der Reihe nach dazwischen erstrecken; Biegen der zentralen Wand zu einer senkrechten Ausrichtung zum restlichen Material (sh. Schritte S2–S7), Biegen der Kantenspitzen (sh. Schritte S3–S7) und Formen der Kanalrippen 65, 66 (Beginn in den Schritten S3–S9 und Fertigstellung der Kanalrippen in den Schritten S10–S12), Biegen des ersten bis vierten Wandabschnitts 53–56, um ein erstes Rohr zu formen, und Biegen des vierten bis siebten Wandabschnitts 56-59, um ein angrenzendes zweites Rohr zu formen (halbgeformt in den Schritten S3–S21 und Fertigstellung desselben in den Schritten S22–S33); Verschweißen der ersten Kante 51 mit der entsprechenden gerundeten Ecke 62 und Verschweißen der zweiten Kante 52 mit der entsprechenden gerundeten Ecke 64, während eine präzise Querschnittsform des durchgehenden Balkens in einer Schweißvorrichtung (sh. 7–8) beibehalten wird; Verformen des durchgehenden Balkens zu einer in Längsrichtung gekrümmten (”gebogenen”) Form in der Biegestation, und Zuschneiden der Balkensegmente in einer Abschneidestation, um einzelne Stoßfängerverstärkungsbalken zu formen.
Insbesondere werden die Kanalrippe 65 in dem ersten Wandabschnitt 53 und die Kanalrippe 66 in dem fünften Wandabschnitt mit der Spalte in der Mitte der Balkenvorderseite (über der zentralen Wand) kombiniert, um eine Formation mit drei Kanalrippen an einer Vorderfläche des Balkens zur Verfügung zu stellen. Dies führt zu einer herausragenden Verdreh- und Biegesteifigkeit in dem Balken, wie oben erwähnt wurde. Insbesondere haben Versuche gezeigt, dass Kanäle und Rippen, welche einer Vorderseite des Balkens Festigkeit verleihen, die Stoßfestigkeit erheblich verbessern und eine höhere Konsistenz der Stoßfestigkeit (und Konsistenz der Energieaufnahmekapazität) zur Verfügung stellen können, ohne das Balkengewicht zu erhöhen, was ein unerwartetes und überraschendes Ergebnis ist. Die Verbesserung der Stoßfestigkeit ist auf verschiedene Faktoren zurückzuführen. Beispielsweise erhöht sich das Gewicht des Balkens nicht gegenüber einem Balken ähnlicher Größe ohne Kanalrippen, da der vorliegende Balken ein dünneres Blechmaterial verwendet, während er dennoch ähnliche oder verbesserte Ergebnisse bei einer Stoßprüfung zeigt. Insbesondere können dünnere Materialien dazu neigen, unvorhersehbar/vorzeitig zu knicken und aufgrund der Dynamik bei einem Stoß gegen dünnes Blechmaterial katastrophal zusammenzubrechen, was möglicherweise die Schwankung und Inkonsistenz der Stoßfestigkeit während der Versuche erhöht. Die Kanalrippen und die Spaltrippe in der Vorderseite des vorliegenden Balkens tragen jedoch zur Stabilisierung der Rohrstruktur des Balkens bei und liefern somit sogar bei Verwendung eines dünneren Blechmaterials verbesserte Versuchsergebnisse. Diese Verbesserung wurde nicht erwartet angesichts der Tatsache, dass die Kanalrippen und die Spaltrippe an der Vorderseite des Balkens sind. Zum Teil wurde dies deshalb nicht erwartet, da die an der Vorderseite befindlichen Kanalrippen und Spaltrippen dafür sorgen, dass ein Teil des Blechmaterials innen näher an einer Mittellinie des Biegemoments (und nicht weiter weg von der Mittellinie) liegt. Insbesondere trägt Material, welches näher an einer Mittellinie des Biegemoments liegt, weniger zu dem Biegemoment des Balkens bei, wodurch möglicherweise das Biegeträgheitsmoment für den Balken verringert wird. Aufgrund der Dynamik von Stößen kann die Stabilität der Balkenwände jedoch sehr wichtig für die Stoßleistung des Balkens sein. Auch verursachen einige Stoßfängeruntersuchungen vertikal nicht ausgeglichene Verdrehkräfte (wie beispielsweise wenn ein Versuchsstoßgerät einen Balken über der Mittellinie trifft).
Eine verwandte Vorrichtung 88 (3) zur Herstellung eines rohrförmigen Verstärkungsbalkens 50 mit einem zentralen Wandabschnitt 56 für einen Stoßfängerverstärkungsbalken 40 umfasst ein Walzwerk 89 mit einer in Reihe geschalteten Biegestation 90 und Zuschneidestation 91. Das Walzwerk 89 beinhaltet Walzen, welche ausgelegt sind, ein Blech 49 beinhaltend eine erste und eine zweite Kante 51–52 und sieben Wandabschnitte 53–59, welche sich dazwischen der Reihe nach erstrecken, umzuformen. Die Walzen beinhalten einen ersten Bereich mit Walzprofilierstationen 92 mit Walzensets, welche so positioniert sind, dass sie den zentralen Träger so formen, dass sich äußere Flügel des Blechs im Allgemeinen senkrecht vom zentralen Träger weg erstrecken. Der erste Bereich der Walzprofilierstationen 92 formt auch gerundete Kanten des Blechs. Ein zweiter Bereich der Walzprofilierstationen 92' beinhaltet Walzensets, welche positioniert und ausgelegt sind, den ersten bis vierten Wandabschnitt 53–56 zu biegen, um ein erstes Rohr zu formen, und um den vierten bis siebten Wandabschnitt 56–59 zu biegen, um ein angrenzendes zweites Rohr zu formen, wobei der einzelne zentrale Träger beiden Rohren gemein ist. Eine erste und eine zweite Schweißeinrichtung 72 und 73 sind so positioniert, dass sie die erste Kante 51 mit der entsprechenden inneren Oberfläche der gerundeten Ecke 62 verschweißen und dass sie die zweite Kante 52 mit der entsprechenden gerundeten Ecke 64 verschweißen. Die erste Schweißeinrichtung 72 ist über dem Balken positioniert, und die zweite Schweißeinrichtung 73 ist unter dem Balken positioniert, wobei der Laserstrahl in einem Winkel ausgerichtet ist, wie nachstehend beschrieben wird.
Es ist zu beachten, dass die vorliegende Vorrichtung ein Walzwerk mit horizontalen Achsen, welche Profilierwalzen stützen, verwenden kann, oder dass sie alternativ ein Walzwerk verwenden kann mit vertikalen Achsen, welche Profilierwalzen stützen. In dem Walzwerk mit vertikalen Achsen würden die Laserschweißeinrichtungen möglicherweise von einander gegenüberliegenden Seiten des Balkens oder teilweise über dem Balken arbeiten. Ein Vorteil eines Walzwerks mit vertikalen Achsen besteht darin, dass Schwerkraft verwendet werden kann, um dafür zu sorgen, dass Abfall und Schmutz von den Schweißstellen wegfallen, da die Schweißeinrichtung an seitlich von und/oder über der Schweißstelle angeordnet ist. In dem Walzwerk mit horizontalen Achsen arbeiten die Laser von oben und von unten im Verhältnis zu dem Balken. Die untere Position einer der Schweißeinrichtungen führt möglicherweise zu einem Problem mit herabfallendem Abfall, dieses Problem löst die vorliegende Erfindung jedoch, wie nachstehend erläutert wird.
Wie durch die Darstellung in den 3 und 4 gezeigt ist, ist die Vorrichtung bevorzugt so ausgelegt, dass beide Schweißnähte in einer einzelnen Station hergestellt werden, wobei das Schweißen gleichzeitig erfolgt. Eine Schweißeinrichtung 72 ist über der Schweißstelle positioniert, und eine zweite Schweißeinrichtung 73 ist unter der Schweißstelle, dieser jedoch erheblich vorgelagert (oder nachgelagert) positioniert. Die untere Schweißeinrichtung ist so positioniert und abgeschirmt, dass die Schweißeinrichtung nicht negativ von herumfliegendem und herabfallendem Abfall beeinträchtigt wird. Beispielsweise liegt die dargestellte untere Schweißeinrichtung um 15 Grad von der Vertikalen versetzt und ist der tatsächlichen Schweißstelle vorgelagert. Falls erforderlich (abhängig vom Abstand der Laserstrahlerzeugungsvorrichtung von der Schweißstelle), kann auch eine Abschirmung verwendet werden, um die Lasererzeugungsvorrichtung physisch von der Schweißnaht abzuschirmen. Die dargestellte Abschirmung ist eine physische Barriere, welche derart positioniert ist, dass sie den Laserstrahl (welcher eine Linie definiert) nicht stört, dass jedoch die Lasererzeugungsvorrichtung von herabfallenden Abfall (welcher gerne einen Bogen beschreibt, da sich der Abfall anfangs seitwärts bewegt und dann aufgrund der Schwerkraft bis zum Ende des Fallpfades fällt) geschützt ist. Es ist zu beachten, dass die Abschirmung auch eine Luftabschirmung enthält, welche von einem gerichteten Luftstrom zur Verfügung gestellt wird. Insbesondere kann die Brennweite eines Laserschweißstrahls bis zu 36 Inch (91,44 cm) betragen und der Laserstrahl könnte einer von mehreren Arten sein, beispielsweise Gas (CO₂), Feststoff, Faser oder Scheibe.
Es ist zu festzustellen, dass bei den in 4 gezeigten Schritten in den ersten Schritten S1–S7 der zentrale Träger zunächst aus einer Blechmitte geformt wird in eine Richtung, welche senkrecht zu einer horizontalen Ebene (welche sich entlang eines Linienniveaus der Walzprofiliereinrichtung erstreckt) ist. Hierdurch wird das Blech verankert und mittig im Walzprofiliervorgang gehalten, wodurch die Neigung des Blechs, während des Umformvorgangs zu wandern oder sich seitlich zu verschieben, ausgeschaltet (oder stark vermindert) wird. Es ist festzustellen, dass aufgrund der hohen Festigkeitseigenschaften des vorliegenden Blechs und aufgrund seiner Dicke und Breite während des Walzprofiliervorgangs starke Seitenkräfte erzeugt werden. Indem zuerst der zentrale Träger derart geformt wird, dass er senkrecht steht, ist die Steuerung der Seitenposition des Blechs viel einfacher und besser gesteuert/steuerbar. Auch werden in den Schritten S1–S7 Radien zu Kanten des Blechs geformt. Anschließend werden die angrenzenden Rohre auf einander gegenüberliegenden Seiten des gemeinsamen zentralen Trägers geformt. Folglich kann im vorliegenden Vorgang von 4 die Zahl der Walzprofilierschritte auf lediglich 33 Schritte verringert werden (sh. 4), selbst wenn ein Blech mit einer Zugfestigkeit von 290 ksi (1.999,48 MPa) oder mehr umgeformt wird, was als drastische und überraschende und unerwartete Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik angesehen wird. Insbesondere können weniger (Um-)Formschritte sehr günstig sein, da die verringerte Zahl von Schritten die Werkzeugkosten verringern kann (d. h. weniger erforderliche Walzen), die Länge der Walzprofiliervorrichtung verringern kann (d. h. weniger Walzprofilierstationen) und insgesamt die Verarbeitungszeit verringern kann (d. h. kürzere Zyklen von dem ursprünglichen flachen Blech bis zu der Doppelrohrform des Balkens).
5 stellt eine Nahtverfolgungsscheibe 90' dar, welche verwendet wird, um die Spalte 80 nachzuverfolgen und zu steuern. (In 5 ist die Scheibe 90' in Explosionsdarstellung gezeigt, es ist jedoch zu beachten, dass die Scheibe physisch in den Balken 50 eingreift und entlang der Spalte nachverfolgt). Zur Vereinfachung des Schweißvorgangs folgt die Scheibe 90' einer Kehle bzw. einem Tal der Spalte 80. Insbesondere ist die Scheibe 90' eine sich drehende Scheibe, welche einem Pizzaschneider ähnelt, und läuft innerhalb des Bereichs für die durchgehende Schweißnaht. Die Laserschweißeinrichtung befindet sich entfernt von dieser Scheibe im Schweißnahttal. Wie dargestellt kann eine Scheibe 90' verwendet werden, um Spalten sowohl oben als auch unten am Balken 50 nachzuverfolgen.
6 ist ein Querschnitt des abgewandelten Balkens 50A ähnlich 2, wobei jedoch die Rohre unterschiedlich breit sind. Insbesondere ist ein Rohr des Balkens 50A etwa zweimal so breit wie das andere Rohr. Sie teilen sich jedoch eine gemeinsame zentrale Wand. Weiter haben beide eine Kanalrippe ähnlicher Größe und Form, und außerdem ist auch eine Spaltrippe über dem zentralen Träger geformt. In dem Balken 50A werden ähnliche und identische Merkmale, Eigenschaften und Bauteile durch Verwendung derselben Bezugszeichen jedoch mit Buchstabenzusatz (beispielsweise ”A”) identifiziert. Dies dient zur Vermeidung unnötiger Erläuterungen. Der Fachmann im Bereich Stoßfängerverstärkungsbalken erkennt, dass der Balken 50A viele Merkmale des Balkens 50 aufweisen kann und dies auch tut, so dass eine Erläuterung der einzelnen Bezugszeichen im Balken 50A für nicht notwendig erachtet wird.
Die 3, 7–8 zeigen eine Schweißstation 100 an einem Ende und am Ausgang einer Walzprofiliereinrichtung. In 7 ist das Blech nach Umformung in einer Walzprofiliereinrichtung gezeigt und es bewegt sich in Vorschubrichtung D1. Eine Schweißboxvorrichtung 102 ist in Reihe mit dem teilweise geformten Balken 50 positioniert. Obere und untere Laserschweißeinrichtungen 103 sind an der Schweißstation an einer Stelle positioniert, wo die Schweißboxvorrichtung die jeweiligen Laserstrahlen nicht behindert, welche zielgerichtet anstoßendes Material des Balkens 50 treffen. Die untere Laserschweißeinrichtung 103 ist der Schweißboxvorrichtung 102 leicht vorgelagert positioniert, und der Schweißlaser 104 ist in einem Winkel nachgelagert gerichtet, so dass der Schweißlaserstrahl 104 den Balken 101 an einer gewünschten Stelle trifft, so dass anstoßendes Material des Balkens 101 erwärmt und verschweißt wird. Der Laser hat eine Brennweite von bis zu 36 Inch (91,44 cm), abhängig vom Lasertyp. Es gibt keinen Mindestabstand für den Laser von der Schweißstelle am Balken 101. Beispielsweise könnte der Lasertyp Gas (beispielsweise CO₂) sein, es könnte aber auch ein Laser vom Feststoff-, Faser oder Scheibentyp sein. Ein maximaler Winkel A1 des Lasers 104 zum Verstärkungsbalken 101 ist etwa 15 Grad zu der Vertikalen (d. h. von der Senkrechten zu einer Seite des Balkens 50). Falls erforderlich oder gewünscht wird eine physische Abschirmung 105 verwendet, um die Laserquelle 106 vor Abfall des Schweißvorgangs zu schützen. Bei der physischen Abschirmung 105 kann es sich um nachgelagerte Luftmesser oder Luftdüsen handeln oder sie kann ein physisches Paneel enthalten.
Die einstellbare Schweißboxvorrichtung 102 (8) befindet sich an der Schweißstation und ist ausgelegt, eine endgültige Form des walzprofilierten Balkens während des Walzprofilierschritts festzulegen und beizubehalten. Die dargestellte einstellbare Vorrichtung 102 beinhaltet einen äußeren Stahlvorrichtungsrahmen 110, obere und untere äußere Dorne 111, 112 und einstellbare seitliche äußere Dorne 113, 114, welche von Betätigungsvorrichtungen 115, 116 nach innen gedrückt werden. Es ist zu beachten, dass die Betätigungsvorrichtungen dynamisch oder aktiv sein können (beispielsweise hydraulische Zylinder) oder dass sie einstellbar und passiv sein können, beispielsweise Bolzen mit Gewinde, welche eingestellt werden können, so dass ein gewünschtes Maß an Druck nach innen ausgeübt wird, um eine gewünschte Form der äußeren Dorne innerhalb der Schweißboxvorrichtung 102 beizubehalten. Es sind zwei Stäbe gezeigt, welche sich von der Betätigungsvorrichtung 115 durch den Rahmen 110 zu einer Stelle erstrecken, wo sie an dem äußeren Dorn 111 befestigt sind. Es ist jedoch zu beachten, dass alternativ verbundene und bewegliche Anordnungen gebaut werden können.
Innere Dorne 117, 118 befinden sich in beiden Rohren 121, 122 des Doppelrohrbalkens 120 und sind durch Kabel 123, 124 verankert, welche sich zu einer an der Walzprofiliereinrichtung befindlichen vorgelagerten Ankerhaltestange 125 erstrecken, wo das Blech so weit seitlich offen ist, dass die Ankerhaltestange 125 (3) zum Halten der Kabel 123, 124 (8) positioniert wird. Der Balken 50 ist dargestellt, jedoch ist zu beachten, dass der Balken wie der Balken 50A oder ein anderer abgewandelter Balken sein könnte. Die dargestellten inneren Dorne 117, 118 sind jeweils gespaltene Dorne, wobei die einander gegenüberliegenden Dornhälften 126, 127 von einer Feder 128 (z. B. einer hydraulischen, mechanischen oder anderen Feder) auseinandergespannt bzw. auseinandergedrückt werden. Der innere Dorn 118 beinhaltet auch einander gegenüberliegende Dornhälften 130, 131, welche von einer hydraulischen Feder 132 auseinandergespannt bzw. auseinandergedrückt werden. Es ist jedoch zu beachten, dass unter bestimmten Umständen ein einstückiger innerer Vollmaterialdorn auf jeder Seite verwendet werden kann. In dem Vorrichtungsboxrahmen 110 und den äußeren Dornen 111, 112 ist eine Laserzugangsöffnung vorgesehen, wobei die dargestellte Laserzugangsöffnung 129 dem Laserstrahl Zugang durch eine Unter- und Oberseite des Boxrahmens 110 und durch die oberen und unteren äußeren Dorne 111, 112 ermöglicht.
Die inneren Federn 128 und 132 sowie die geteilten inneren Dorne 117, 118 in Kombination mit den nach innen drückenden Betätigungsvorrichtungen 115, 116 und den äußeren Dornen 113, 114 sorgen dafür, dass die Vorrichtung eine gewünschte äußere Form des Balkens 101 beibehält, während er die Schweißstation 100 durchläuft und geschweißt wird. Insbesondere ist eine Gleitebene P1 definiert zwischen dem oberen äußeren Dorn 111 und einer Oberseite der seitlichen äußeren Dorne 113, 114. Es ist auch eine Gleitebene P2 definiert zwischen dem unteren äußeren Dorn 112 und einer Unterseite der seitlichen äußeren Dorne 113, 114. Die Gleitebene P1 ist mit der Vorderfläche des Balkens 101 ausgerichtet und teilweise durch die Außenbordoberfläche der Spitze des vorderen gerundeten Endes des zentralen Trägers definiert, und die Gleitebene P2 ist mit einer rückwärtigen Fläche des Balkens 101 ausgerichtet und teilweise durch die Außenbordoberfläche der Spitze des rückwärtigen gerundeten Endes des zentralen Trägers definiert. In der Schweißstation bringt Druck von den inneren und äußeren Dornen der Schweißvorrichtung Blechmaterial dazu, sich zu einer präzisen bekannten Position entlang der Gleitebenen P1 und P2 zu bewegen und zu verformen. Hierdurch wird die Maßgenauigkeit und Präzision der Querschnittsform des Balkens vor (und während) des Schweißvorgangs verbessert. Durch diese Anordnung kann auch der Druck auf die aneinander anstoßenden Oberflächen, wo die Schweißnähte erfolgen, präziser und konsistenter für einen optimalen Schweißzustand gesteuert werden.
Selbstverständlich können Variationen und Abwandlungen der oben beschriebenen Struktur erfolgen, ohne die Konzepte der vorliegenden Erfindung zu verlassen und außerdem sind derartige Konzepte von den nachfolgenden Ansprüchen abgedeckt, sofern der Anspruchswortlaut nicht ausdrücklich dagegen spricht.
Bezugszeichenliste

1: Steuereinrichtung
2: Walzprofiliereinrichtung
3: Biegeeinheit
4: Schweißeinrichtung
5: Zuschneidestation
6: Betätigungsvorrichtung

Claims

Vorrichtung zum Umformen eines Blechs zu einem durchgehenden Balken mit vier Außenwänden und einem gemeinsamen zentralen Träger, welcher sich zwischen zwei einander gegenüberliegenden Wänden erstreckt, wobei die vier Außenwände einen rechteckigen Querschnitt definieren, und der gemeinsame zentrale Träger den rechteckigen Querschnitt in ein erstes und ein zweites aneinandergrenzendes Rohr teilt, wobei der gemeinsame zentrale Träger gerundete Enden aufweist, welche jeweils Gleitebenen senkrecht zu dem gemeinsamen zentralen Träger definieren, und wobei das Blech Kanten aufweist, welche an die gerundeten Enden anstoßen, umfassend: Walzprofilierstationen mit Walzen zum Umformen des Blechs zu einem durchgehenden Balken mit den vier Außenwänden und dem gemeinsamen zentralen Träger; und eine Schweißstation mit Schweißeinrichtungen und einer Schweißboxvorrichtung, wobei die Schweißboxvorrichtung einen Vorrichtungsrahmen und äußere Dorne beinhaltet, welche von dem Vorrichtungsrahmen gestützt werden und die vier Außenwände in einer gewünschten präzisen Form stützen, wobei zwei der äußeren Dorne beweglich sind und sich gegenüberliegen, wobei die äußeren Dorne eine Form des durchgehenden Balkens steuern mittels Biegen und Bewegen von Blechmaterial, wenn es während eines Schweißvorgangs der Schweißeinrichtung in der Schweißboxvorrichtung ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwei einander gegenüberliegende Dorne der äußeren Dorne im Verhältnis zu der Schweißboxvorrichtung festgelegt sind und einen festen Abstand zwischen den zwei einander gegenüberliegenden Wänden des durchgehenden Balkens, zwischen denen sich der gemeinsame zentrale Träger erstreckt, definieren, wobei die äußeren Dorne eine Form des durchgehenden Balkens steuern mittels Biegen und Bewegen von Blechmaterial, so dass aktiv eine präzise Form beibehalten wird, wenn das Blechmaterial während eines Schweißvorgangs der Schweißeinrichtung in der Schweißboxvorrichtung ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schweißstation wenigstens eine Betätigungsvorrichtung beinhaltet, welche operabel mit wenigstens einem der zwei sich gegenüberliegenden äußeren Dorne verbunden ist, um einen der sich gegenüberliegenden äußeren Dorne in Eingriff mit entsprechenden gegenüberliegenden Wänden der vier Außenwände vorzuspannen bzw. zu drücken.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die wenigstens eine Betätigungsvorrichtung ein einstellbares Gewindeelement beinhaltet.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend: innere Dorne sowohl im ersten als auch im zweiten aneinandergrenzenden Rohr, welche von vorgelagerten Ankerlinien gestützt werden, so dass die inneren Dorne im Allgemeinen angrenzend an die äußeren Dorne bleiben, wobei die inneren und äußeren Dorne zusammen eine Form des durchgehenden Balkens steuern mittels Biegen und Bewegen von Blechmaterial, wenn es während eines Schweißvorgangs der Schweißeinrichtung in der Schweißboxvorrichtung ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die inneren Dorne jeweils sich gegenüberliegende Hälften aufweisen sowie eine Feder, welche die sich gegenüberliegenden Hälften gegen die äußeren Dorne und gegen eine Kraft der Betätigungsvorrichtung auseinanderdrückt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schweißstation eine obere Schweißeinrichtung und eine untere Schweißeinrichtung beinhaltet, welche den durchgehenden Balken gleichzeitig in der Station an einer oberen und einer unteren Stelle an dem durchgehenden Balken schweißen, um den rechteckigen Querschnitt des durchgehenden Balkens dauerhaft festzulegen, wobei das Schweißen in der einzelnen Schweißstation und nicht in mehreren Schweißstationen erfolgt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schweißen an einander gegenüberliegenden Seiten des durchgehenden Balkens und zeitgleich durchgeführt wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schweißen eine untere Laserschweißeinrichtung beinhaltet zum Schweißen des durchgehenden Balkens an einer unteren Stelle, wobei die untere Laserschweißeinrichtung eine Lasererzeugungsvorrichtung beinhaltet, welche nicht unter der unteren Stelle liegt und welche einen vertikal abgewinkelten Strahl erzeugt, welcher so gerichtet ist, dass er den durchgehenden Balken erfasst, um den durchgehenden Balken zu schweißen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die einzelne Schweißstation einen Lasererzeugungslaserstrahl beinhaltet, welcher ausgelegt ist, den durchgehenden Balken entlang einer in dem durchgehenden Balken gebildeten Spalte zu schweißen.
Vorrichtung zum Umformen eines Blechs zu einem durchgehenden Balken mit vier Außenwänden und einem gemeinsamen zentralen Träger, welcher sich zwischen zwei einander gegenüberliegenden Wänden erstreckt, wobei die vier Außenwände einen rechteckigen Querschnitt definieren, und der gemeinsame zentrale Träger den rechteckigen Querschnitt in ein erstes und zweites aneinandergrenzendes Rohr teilt, wobei der gemeinsame zentrale Träger gerundete Enden aufweist, welche jeweils Gleitebenen senkrecht zu dem gemeinsamen zentralen Träger definieren, und wobei das Blech gerundete Kanten aufweist, welche an die gerundeten Enden anstoßen, umfassend: Walzprofilierstationen mit Walzen zum Umformen des Blechs zu dem durchgehenden Balken mit den vier Außenwänden und dem gemeinsamen zentralen Träger; und eine Schweißstation mit einer oberen Schweißeinrichtung und einer unteren Schweißeinrichtung und einer Schweißboxvorrichtung, wobei die Schweißeinrichtungen den durchgehenden Balken schweißen, um den rechteckigen Querschnitt dauerhaft festzulegen, indem in der Station gleichzeitig an einer oberen und einer unteren Stelle an dem Balken geschweißt wird, wobei das Schweißen in der einzelnen Schweißstation und nicht in mehreren Schweißstationen erfolgt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schweißen an einander gegenüberliegenden Seiten des durchgehenden Balkens und zeitgleich durchgeführt wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schweißen eine untere Laserschweißeinrichtung zum Schweißen des durchgehenden Balkens an einer unteren Stelle beinhaltet, wobei die untere Laserschweißeinrichtung eine Lasererzeugungsvorrichtung beinhaltet, welche nicht unter der unteren Stelle liegt und welche einen vertikal abgewinkelten Strahl erzeugt, welcher so gerichtet ist, dass er den durchgehenden Balken erfasst, um den durchgehenden Balken zu schweißen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die einzelne Schweißstation einen Lasererzeugungslaserstrahl beinhaltet, welcher ausgelegt ist, den durchgehenden Balken entlang einer in dem durchgehenden Balken gebildeten Spalte zu schweißen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schweißstation eine Schweißboxvorrichtung beinhaltet, welche innere und äußere Dorne umfasst, welche eine gewünschte Form des durchgehenden Balkens in der Schweißboxvorrichtung halten.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schweißstation eine Schweißboxvorrichtung beinhaltet, welche einen Vorrichtungsrahmen aufweist sowie äußere Dorne, welche von dem Vorrichtungsrahmen gestützt werden und die vier Außenwände in einer gewünschten präzisen Form halten, wobei zwei der äußeren Dorne beweglich sind und einander gegenüberliegen, wobei die äußeren Dorne eine Form des durchgehenden Balkens steuern mittels Biegen und Bewegen von Blechmaterial, wenn es während eines Schweißvorgangs der Schweißeinrichtung in der Schweißboxvorrichtung ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwei andere einander gegenüberliegende äußere Dorne im Verhältnis zu der Schweißboxvorrichtung festgelegt sind, wobei ein feststehender Abstand zwischen den zwei einander gegenüberliegenden Wänden des durchgehenden Balkens, zwischen denen sich der gemeinsame zentrale Träger erstreckt, definiert wird, und wobei die äußeren Dorne eine Form des durchgehenden Balkens steuern mittels Biegen und Bewegen von Blechmaterial, um aktiv eine präzise Form beizubehalten, wenn das Blechmaterial während eines Schweißvorgangs der Schweißeinrichtung in der Schweißboxvorrichtung ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schweißstation wenigstens eine Betätigungsvorrichtung beinhaltet, welche operabel mit wenigstens einem der zwei einander gegenüberliegenden äußeren Dorne verbunden ist, um den einen der einander gegenüberliegenden äußeren Dorne in Eingriff mit entsprechenden einander gegenüberliegenden Wänden der vier Außenwände zu drücken.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die wenigstens eine Betätigungsvorrichtung ein einstellbares Gewindeelement beinhaltet.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend: innere Dorne sowohl im ersten als auch im zweiten aneinandergrenzenden Rohr, welche von vorgelagerten Ankerlinien gestützt werden, so dass die inneren Dorne im Allgemeinen angrenzend an die äußeren Dorne bleiben, wobei die inneren und äußeren Dorne zusammen eine Form des durchgehenden Balkens steuern mittels Biegen und Bewegen von Blechmaterial, wenn es während eines Schweißvorgangs der Schweißeinrichtung in der Schweißboxvorrichtung ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die inneren Dorne jeweils einander gegenüberliegende Hälften aufweisen sowie eine Feder, welche die einander gegenüberliegenden, Hälften gegen die äußeren Dorne und gegen die Kraft der Betätigungsvorrichtung auseinanderdrückt.
Vorrichtung zum Umformen eines Blechs zu einem durchgehenden Balken mit vier Außenwänden und einem gemeinsamen zentralen Träger, welcher sich zwischen zwei einander gegenüberliegenden Wänden erstreckt, wobei die vier Außenwände einen rechteckigen Querschnitt definieren, und der gemeinsame zentrale Träger den rechteckigen Querschnitt in ein erstes und ein zweites aneinandergrenzendes Rohr teilt, wobei der gemeinsame zentrale Träger gerundete Enden aufweist, welche jeweils Gleitebenen senkrecht zu dem gemeinsamen zentralen Träger definieren, und wobei das Blech gerundete Kanten aufweist, welche an die gerundeten Enden angrenzen, umfassend: eine Walzprofiliereinrichtung beinhaltend erste Walzprofilierstationen mit ersten Walzensets bzw. Walzenpaaren, welche den gemeinsamen zentralen Träger aus dem Blech und Außenbordflügel aus dem Blech formen, wobei die Außenbordflügel Bereiche aufweisen, welche an den gemeinsamen zentralen Träger angrenzen und sich senkrecht zu dem gemeinsamen zentralen Träger erstrecken und welche durch die gerundeten Enden an den gemeinsamen zentralen Träger gefügt werden, und wobei an den Außenbordflügeln ebenfalls gerundete Kanten geformt sind; wobei die Walzprofiliereinrichtung weiter zusätzliche Walzprofilierstationen beinhaltet mit zusätzlichen Walzensets, welche die Außenbordflügel zu einem ersten und zweiten Rohr formen, wobei der gemeinsame zentrale Träger eine gemeinsame Wand ist, welche Teil sowohl des ersten als auch des zweiten Rohrs ist; und eine Schweißstation zum Verschweißen der gerundeten Kanten mit den gerundeten Enden.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schweißstation Schweißeinrichtungen und eine Schweißboxvorrichtung beinhaltet, wobei die Schweißboxvorrichtung einen Vorrichtungsrahmen beinhaltet sowie äußere Dorne, welche von dem Vorrichtungsrahmen gestützt werden und die vier Außenwände in einer gewünschten präzisen Form in der Schweißboxvorrichtung während eines Schweißvorgangs der Schweißeinrichtungen halten.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwei der äußeren Dorne beweglich sind und einander gegenüberliegen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwei andere einander gegenüberliegende äußere Dorne im Verhältnis zu der Schweißboxvorrichtung festgelegt sind und einen festgelegten Abstand zwischen den zwei einander gegenüberliegenden Wänden des durchgehenden Balkens, zwischen denen sich der gemeinsame zentrale Träger erstreckt, definieren und wobei die äußeren Dorne eine Form des durchgehenden Balkens steuern mittels Biegen und Bewegen von Blechmaterial, um so aktiv eine präzise Form beizubehalten, wenn das Blechmaterial während eines Schweißvorgangs der Schweißeinrichtung in der Schweißboxvorrichtung ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schweißstation wenigstens eine Betätigungsvorrichtung beinhaltet, welche operabel mit wenigstens einem der zwei einander gegenüberliegenden äußeren Dorne verbunden ist, um den einen der einander gegenüberliegenden Dorne in Eingriff mit entsprechenden einander gegenüberliegenden Wänden der vier Außenwände zu drücken.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die wenigstens eine Betätigungsvorrichtung ein einstellbares Gewindeelement beinhaltet.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend: innere Dorne sowohl im ersten als auch im zweiten aneinandergrenzenden Rohr, welche von vorgelagerten Ankerlinien gestützt werden, so dass die inneren Dorne im Allgemeinen angrenzend an die äußeren Dorne bleiben, wobei die inneren und äußeren Dorne zusammen eine Form des durchgehenden Balkens steuern mittels Biegen und Bewegen von Blechmaterial, wenn es während eines Schweißvorgangs der Schweißeinrichtung in der Schweißboxvorrichtung ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die inneren Dorne jeweils einander gegenüberliegende Hälften aufweisen sowie eine Feder, welche die einander gegenüberliegenden Hälften gegen die äußeren Dorne und gegen eine Kraft der Betätigungsvorrichtung auseinanderdrückt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schweißstation eine obere Schweißeinrichtung und eine untere Schweißeinrichtung beinhaltet, welche den durchgehenden Balken in der Station gleichzeitig an einer oberen und einer unteren Stelle an dem durchgehenden Balken schweißen, um den rechteckigen Querschnitt des durchgehenden Balkens dauerhaft festzulegen, wobei das Schweißen in der einzelnen Schweißstation und nicht in mehreren Schweißstationen erfolgt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schweißen an einander gegenüberliegenden Seiten des durchgehenden Balkens und zeitgleich durchgeführt wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schweißen eine untere Schweißeinrichtung beinhaltet zum Schweißen des durchgehenden Balkens an einer unteren Stelle, wobei die untere Schweißeinrichtung eine Lasererzeugungsvorrichtung beinhaltet, welche sich nicht unter der unteren Stelle befindet und welche einen vertikal abgewinkelten Strahl erzeugt, welcher so gerichtet ist, dass er den durchgehenden Balken erfasst, um den durchgehenden Balken zu schweißen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die einzelne Schweißstation einen Lasererzeugungslaserstrahl beinhaltet, welcher ausgelegt ist, den durchgehenden Balken entlang einer in dem durchgehenden Balken geformten Spalte zu schweißen.
Walzprofiliereinrichtung zum Umformen eines Blechs zu einem durchgehenden Mehrrohrverstärkungsbalken mit vier Außenwänden, welche einen rechteckigen Querschnitt definieren sowie einer gemeinsamen zentralen Wand, welche sich zwischen einander gegenüberliegenden äußeren Wänden der Außenwände erstreckt und den rechteckigen Querschnitt in aneinandergrenzende Rohre teilt, wobei die Walzprofiliereinrichtung umfasst: ein erstes Walzenset, welches ausgelegt ist, das Blech aufzunehmen und zu biegen, um die gemeinsame zentrale Wand in im Allgemeinen senkrechter Ausrichtung im Verhältnis zu dem ersten und zweiten Seitenbereich des Blechs, welche sich in einander gegenüberliegende Richtungen von dem jeweiligen ersten und zweiten gerundeten Ende der gemeinsamen zentralen Wand erstrecken, zu formen, und um gerundete Kanten an dem ersten und zweiten Seitenbereich zu formen; ein zweites Walzenset, welches ausgelegt ist, das Blech von dem ersten Walzenset aufzunehmen und den ersten und zweiten Seitenbereich gleichzeitig zu biegen, um eine Kanalrippe längs entlang dem ersten und zweiten Seitenabschnitt zu formen; und ein drittes Walzenset, welches ausgelegt ist, das Blech von dem zweiten Walzenset aufzunehmen und den ersten und zweiten Seitenbereich gleichzeitig zu biegen, so dass diese ebenfalls an die erste und zweite gerundete Kante mit dem jeweiligen ersten und zweiten gerundeten Ende der gemeinsamen zentralen Wand anstoßen, um die aneinandergrenzenden Rohre des Balkens zu definieren.
Walzprofiliereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste und die zweite gerundete Kante in ein erstes und zweites gerundetes Ende der gemeinsamen zentralen Wand eingreifen, um ein Tal bzw. eine Kehle zum Aufnehmen einer Schweißnaht zu definieren, und wobei sich die Kanalrippen an koplanaren Vorderwänden der aneinandergrenzenden Rohre befinden.
Walzprofiliereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend: eine Biegestation, welche ausgelegt ist, die aneinandergrenzenden Rohr von dem dritten Walzenset aufzunehmen und die aneinandergrenzenden Rohre zu einer in Längsrichtung gekrümmten gebogenen Form umzuformen, welche einen ersten Radius nahe einem zentralen Längsabschnitt eines Balkensegments und einen engeren zweiten Radius nahe Längsendabschnitten des Balkensegments beinhaltet
Walzprofiliereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend: eine Schweißstation zum Verschweißen der gerundeten Kanten an den gerundeten Enden.
Walzprofiliereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend: eine Schweißstation, welche Schweißeinrichtungen und eine Schweißboxvorrichtung beinhaltet, wobei die Schweißboxvorrichtung einen Vorrichtungsrahmen beinhaltet sowie äußere Dorne, welche von dem Vorrichtungsrahmen gestützt werden und die vier Außenwände in einer gewünschten präzisen Form in der Schweißboxvorrichtung stützen, während die gerundeten Kanten mit den gerundeten Enden verschweißt werden.
Walzprofiliereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwei der äußeren Dorne beweglich sind und einander gegenüberliegen.
Walzprofiliereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwei andere einander gegenüberliegende äußere Dorne im Verhältnis zu der Schweißboxvorrichtung festgelegt sind und einen festgelegten Abstand zwischen den zwei einander gegenüberliegenden Wänden des durchgehenden Balkens, zwischen denen sich der gemeinsame zentrale Träger erstreckt, definieren und wobei die äußeren Dorne eine Form des durchgehenden Balkens steuern mittels Biegen und Bewegen von Blechmaterial, um so aktiv eine präzise Form beizubehalten, wenn das Blechmaterial während eines Schweißvorgangs der Schweißeinrichtung in der Schweißboxvorrichtung ist.
Walzprofiliereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schweißstation wenigstens eine Betätigungsvorrichtung beinhaltet, welche operabel mit wenigstens einem der zwei einander gegenüberliegenden äußeren Dorne verbunden ist, um den einen der einander gegenüberliegenden Dorne in Eingriff mit entsprechenden einander gegenüberliegenden Wänden der vier Außenwände zu drücken.
Walzprofiliereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die wenigstens eine Betätigungsvorrichtung ein einstellbares Gewindeelement beinhaltet.
Walzprofiliereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend: innere Dorne sowohl im ersten als auch im zweiten aneinandergrenzenden Rohr, welche von vorgelagerten Ankerlinien gestützt werden, so dass die inneren Dorne im Allgemeinen angrenzend an die äußeren Dorne bleiben, wobei die inneren und äußeren Dorne zusammen eine Form des durchgehenden Balkens steuern mittels Biegen und Bewegen von Blechmaterial, wenn es während eines Schweißvorgangs der Schweißeinrichtung in der Schweißboxvorrichtung ist.
Walzprofiliereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die inneren Dorne jeweils einander gegenüberliegende Hälften aufweisen sowie eine Feder, welche die einander gegenüberliegenden Hälften gegen die äußeren Dorne und gegen eine Kraft der Betätigungsvorrichtung auseinanderdrückt.
Walzprofiliereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schweißstation eine obere Schweißeinrichtung und eine untere Schweißeinrichtung beinhaltet, welche den durchgehenden Balken in der Station gleichzeitig an einer oberen und einer unteren Stelle an dem durchgehenden Balken schweißen, um den rechteckigen Querschnitt des durchgehenden Balkens dauerhaft festzulegen, wobei das Schweißen in der einzelnen Schweißstation und nicht in mehreren Schweißstationen erfolgt.
Walzprofiliereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schweißen an einander gegenüberliegenden Seiten des durchgehenden Balkens und zeitgleich durchgeführt wird.
Walzprofiliereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schweißen eine untere Schweißeinrichtung beinhaltet zum Schweißen des durchgehenden Balkens an einer unteren Stelle, wobei die untere Schweißeinrichtung eine Lasererzeugungsvorrichtung beinhaltet, welche sich nicht unter der unteren Stelle befindet und welche einen vertikal abgewinkelten Strahl erzeugt, welcher so gerichtet ist, dass er den durchgehenden Balken erfasst, um den durchgehenden Balken zu schweißen.
Walzprofiliereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die einzelne Schweißstation einen Lasererzeugungslaserstrahl beinhaltet, welcher ausgelegt ist, den durchgehenden Balken entlang einer in dem durchgehenden Balken geformten Spalte zu schweißen.
Walzprofiliereinrichtung zum Umformen eines Blechs zu einem durchgehenden Balken mit vier Außenwänden und einem gemeinsamen zentralen Träger, welcher sich zwischen zwei einander gegenüberliegenden Wänden erstreckt, wobei die vier Außenwände einen rechteckigen Querschnitt definieren, und der gemeinsame zentrale Träger den rechteckigen Querschnitt in ein erstes und ein zweites aneinandergrenzendes Rohr teilt, wobei der zentrale Träger gerundete Enden aufweist, welche jeweils Gleitebenen senkrecht zu dem gemeinsamen zentralen Träger definieren, und wobei das Blech gerundete Kanten aufweist, welche an die gerundeten Enden anstoßen, umfassend: Walzprofilierstationen mit Walzen zum Umformen des Blechs zu dem durchgehenden Balken mit den vier Außenwänden und dem gemeinsamen zentralen Träger; und eine einzelne Schweißstation mit einer Schweißeinrichtung und eine Schweißboxvorrichtung, wobei die Schweißeinrichtung einen nach oben abgewinkelten Laserstrahl zum Schweißen des durchgehenden Balkens erzeugt, um den rechteckigen Querschnitt dauerhaft festzulegen, welcher unter dem durchgehenden Balken an einer Stelle der Schweißboxvorrichtung vorgelagert oder nachgelagert positioniert ist, so dass der Laserstrahl innerhalb einer nach unten weisenden Spalte schweißt, welche von einer der an eines der gerundeten Enden angrenzenden gerundeten Kanten gebildet wird, wobei die Schweißeinrichtung den durchgehenden Balken von einer Position unter dem durchgehenden Balken, welche jedoch von herabfallenden Abfall entfernt ist, schweißt.
Walzprofiliereinrichtung zum Walzprofilieren eines Mehrrohrverstärkungsbalkens unter Verwendung eines Blechs, welches eine erste und eine zweite Kante und einen ersten bis siebten Wandabschnitt beinhaltet, wobei der vierte Wandabschnitt ein zentraler Wandabschnitt ist, umfassend: ein erstes Walzenset, welches ausgelegt ist, das Blech aufzunehmen und zu biegen, um den zentralen Träger in einer im Allgemeinen senkrechten Richtung zu den übrigen Wandabschnitten zu formen; ein zweites Walzenset, welches ausgelegt ist, das Blech von dem ersten Walzenset aufzunehmen und einen ausgeglichenen Walzprofiliervorgang beizubehalten beim Formen aneinandergrenzender Rohre an einander gegenüberliegenden Seiten der zentralen Wand durch Biegen des ersten bis vierten Wandabschnitts, um ein erstes Rohr zu bilden, und gleichzeitig durch Biegen des vierten bis siebten Wandabschnitts, um ein angrenzendes zweites Rohr zu formen; und eine Schweißstation mit einer Schweißboxvorrichtung und Schweißeinrichtungen, welche die erste und die zweite Kante an die gerundeten Enden des zentralen Wandabschnitts schweißen, während eine präzise Querschnittsform des durchgehenden Balkens in der Schweißboxvorrichtung beibehalten wird.
Walzprofiliereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schweißstation zwei einander gegenüberliegende äußeren Dorne beinhaltet, welche beweglich sind, und zwei andere einander gegenüberliegende äußere Dorne, welche im Verhältnis zu der Schweißboxvorrichtung festgelegt sind, und wobei die äußeren Dorne eine Form des Mehrrohrverstärkungsbalkens steuern mittels Biegen und Bewegen von Blechmaterial, um so aktiv eine präzise Form beizubehalten, wenn das Blechmaterial während eines Schweißvorgangs der Schweißeinrichtung in der Schweißboxvorrichtung ist.
Walzprofiliereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schweißstation wenigstens eine Betätigungsvorrichtung beinhaltet, welche operabel mit wenigstens einem der zwei einander gegenüberliegenden äußeren Dorne verbunden ist, um einen der einander gegenüberliegenden äußeren Dorne in Eingriff mit entsprechenden Wänden der vier Außenwände zu drücken.
Walzprofiliereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die wenigstens eine Betätigungsvorrichtung ein einstellbares Gewindeelement beinhaltet.
Walzprofiliereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend: innere Dorne sowohl im ersten als auch im zweiten aneinandergrenzenden Rohr, welche durch vorgelagerte Ankerlinien gestützt werden, so dass die inneren Dorne im Wesentlichen angrenzend an die äußeren Dorne bleiben, wobei die inneren und äußeren Dorne zusammen eine Form des durchgehenden Balkens steuern mittels Biegen und Bewegen von Blechmaterial, wenn es während eines Schweißvorgangs der Schweißeinrichtung in der Schweißboxvorrichtung ist.
Walzprofiliereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die inneren Dorne jeweils einander gegenüberliegende Hälften aufweisen sowie eine Feder, welche die einander gegenüberliegenden Hälften gegen die äußeren Dorne und gegen eine Kraft der Betätigungsvorrichtung auseinanderdrückt.
Walzprofiliereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schweißstation eine obere Schweißeinrichtung und eine untere Schweißeinrichtung beinhaltet, welche den durchgehenden Balken in der Station gleichzeitig an einer oberen und einer unteren Stelle an dem durchgehenden Balken schweißen, um den rechteckigen Querschnitt des durchgehenden Balkens dauerhaft festzulegen, wobei das Schweißen in der einzelnen Schweißstation und nicht in mehreren Schweißstationen erfolgt.
Walzprofiliereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schweißen an einander gegenüberliegenden Seiten des durchgehenden Balkens und zeitgleich erfolgt.
Walzprofiliereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schweißen eine untere Laserschweißeinrichtung beinhaltet, um den durchgehenden Balken an einer unteren Stelle zu schweißen, wobei die untere Laserschweißeinrichtung eine Lasererzeugungsvorrichtung beinhaltet, welche nicht unter der unteren Stelle liegt und welche einen vertikal abgewinkelten Strahl erzeugt, welcher so gerichtet ist, dass er den durchgehenden Balken erfasst, um den durchgehenden Balken zu schweißen.
Walzprofiliereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die einzelne Schweißstation einen Lasererzeugungslaserstrahl beinhaltet, welcher ausgelegt ist, den durchgehenden Balken entlang einer in dem durchgehenden Balken gebildeten Spalte zu schweißen.
Verstärkungsbalken, umfassend: einen Balken, welcher aus einem einzelnen Blech geformt ist und ein erstes und zweites Rohr beinhaltet, welche sich eine gemeinsame Wand teilen, und welcher koplanar ausgerichtete Vorderwände und koplanar ausgerichtet Rückwände aufweist, wobei jede Vorderwand eine Kanalrippe darin beinhaltet, wobei das Blech eine erste Kante mit einem ersten gerundeten Bereich und einer ersten Spitze, eine zweite Kante mit einem zweiten gerundeten Bereich und einer zweiten Spitze, einen dritten gerundeten Bereich, welcher eine der ausgerichteten Vorderwände mit einem Ende der gemeinsamen Wand verbindet, und einen vierten gerundeten Bereich, welcher eine der Rückwände mit einem anderen Ende der gemeinsamen Wand verbindet, beinhaltet, wobei der erste und dritte gerundete Bereich an einer ersten Schweißnaht zusammengeschweißt werden und eine vordere Kanalrippe bilden, welche eine Hohlraumtiefe von wenigstens der zweifachen Blechdicke aufweist, und der zweite und vierte gerundete Bereich an einer zweiten Schweißnaht zusammengeschweißt werden und eine hintere Spalte bilden mit einer Hohlraumtiefe von wenigstens der zweifachen Blechdicke, wobei die Kanalrippen und die vordere Spaltrippe Rippen bilden, welche eine Vorderfläche des Balkens versteifen.
Verstärkungsbalken nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die vordere Spalte im Allgemeinen mittig über der ausgerichteten Wand angeordnet ist und mit den Kanalrippen eine von drei Rippen verstärkte Vorderfläche an dem Balken bildet.
Verstärkungsbalken nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die vordere Schweißnaht an einem Boden der ersten Spalte unmittelbar angrenzend an eine Stelle, wo der erste und dritte gerundete Bereich erstmals in Anstoßkontakt kommen, gebildet wird, wobei sich die erste Spitze innerhalb des Balkens und weniger als etwa 4 mm weg von der Schweißnaht erstreckt.
Verstärkungsbalken nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die vordere Schweißnaht ein durchgehender Streifen von stoffschlüssig mittels Laserschweißen verbundenem Material ist.
Verstärkungsbalken nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Blech eine Materialdicke von weniger als etwa 1,2 mm aufweist.
Verstärkungsbalken nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Blech eine Zugfestigkeit von mehr als 250 ksi (1.723,69 MPa) aufweist.
Verstärkungsbalken nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kanalrippen dieselbe Form aufweisen und ihre Tiefe gleich ihrer Breite ist.