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Die Erfindung betrifft eine Vorform mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Strukturbauteilen von Kraftfahrzeugkarosserien, insbesondere auf die Herstellung von B-Säulen für Kraftfahrzeuge.
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Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Herstellungsverfahren für Strukturbauteile einer Karosserie bekannt. Dazu zählen Rollformen, Biegen, Hydroformen und andere Bearbeitungsverfahren, um Werkstücke aus Stahlblech herzustellen. Zur Einstellung von Materialeigenschaften der Stahlbleche ist es bekannt, Wärmebehandlungen durchzuführen.
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Beispiele hierfür finden sich in den Druckschriften
WO 03/018338 A1 ,
WO 03/000440 A1 ,
WO 2005/110638 A1 ,
WO 02/33132 A1 ,
US 2006/0043774 A1 ,
DE 10 2011 055 643 A1 und
WO 2006/122166 A2 .
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Die
US 5,333,775 A offenbart einen Hydroform-Rohling, der aus mehreren Rohrstücken unterschiedlicher Durchmesser, Dicken bzw. Materialgüte zusammengeschweißt wird.
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Die
US 2007/0193013 A1 offenbart ein anderes Verfahren für die Herstellung eines Hydroform-Rohlings, wobei eine Mehrzahl von separaten Blechstücken in Längsrichtung zu einem Blech-Rohling zusammengefügt werden, der anschließend zu einem Rohr umgeformt und geschweißt wird.
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Aus der
US 2011/0233961 A1 ist ein weiterer Hydroform-Rohling bekannt, bei welchem Ausgangsmaterialien mit unterschiedlichen Wandstärken in Längsrichtung hintereinander liegend verschweißt werden.
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Aus der
DE 698 03 588 T2 und der
WO 98/54370 A1 sind Blasformverfahren bzw. Innenhochdruckumformverfahren bekannt, bei denen die Umformung in warmem Zustand erfolgt und das Werkstück noch innerhalb des Formwerkzeuges abgeschreckt wird. Das Abschrecken erfolgt im Anschluss an den Umformschritt während sich das Werkstück noch im Umformwerkzeug befindet. Die
EP 1 304 392 A1 offenbart eine Weiterentwicklung des hierfür genutzten Formwerkzeugs.
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„Warm“ bedeutet, dass der aus einem Stahl bestehende Rohling auf eine Temperatur oberhalb der Austenitisierungstemperatur seines Materials erwärmt wird. „Abschrecken“ bedeutet, dass Werkstück derart schnell abgekühlt wird, dass es zur Bildung von Martensitgefüge und damit zu einer Härtung des Materials kommt.
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Die in solchen Innenhochdruck-Umformverfahren (IHU) erzielbaren Umformengrade sind begrenzt, weshalb oftmals vorgeformte Halbzeuge, die sog. Vorformen, in den Innenhochdruck-Umformverfahren einer Endverarbeitung unterzogen werden. Vorformen sind endkonturnahe Halbzeuge, die der finalen Gestalt des Bauteils bereits zu 70-80 % angenähert sind.
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Die Erzeugung von Vorformen durch Walzprofilieren lässt Kostenvorteile bei mittleren Bauteilstückzahlen erwarten.
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In einem Forschungsprojekt der TU-Darmstadt wurden Vorformgeometrien für das Innenhochdruck-Umformen (IHU) durch flexibles Walzprofilieren vorgeschlagen (https://www.ptu.tu-darmstadt.de/mu_forschung/mu_verfahrensentwicklung/abgeschlossene_forschung sprojekte_ve/menu_vorformgeometrienfuerihu/fv_vorformgeometrienfuer_ptu.de.js p).
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Nachteilig hierbei ist jedoch, dass die so erzeugten Vorformen stets aus einem einzigen Blechstück bestehen und somit eine Einstellung unterschiedlicher Materialdicken unmöglich und die Einstellung der mechanischen Eigenschaften nur nachträglich, beispielsweise durch eine nachgelagerte Wärmebehandlung, möglich ist. Eine nachträgliche Wärmebehandlung birgt jedoch stets die Gefahr ungewollter Verformungen.
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Davon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, geeignete Vorformen für die Endverarbeitung in einem Innenhochdruck-Umformverfahren mit Abschreckhärten innerhalb des Formwerkzeugs anzugeben, mittels welchem beispielsweise B-Säulen für Kraftfahrzeuge herstellbar sind, die bereichsweise auf unterschiedliche erwartete Belastungen eingestellt sind.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorform gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Die erfindungsgemäße Vorform ist für die Fertigung eines Stahlbauteils in einem Innenhochdruck-Umformprozess mit Abschreckhärten innerhalb des Umformwerkzeugs vorgesehen und weist eine aus Blech erzeugte, rohrartige Gestalt oder Form auf, welche an ihrem Profilumfang fluiddicht geschweißt bzw. verschweißt ist, bspw. durch eine Längsnaht. An ihren gegenüberliegenden Endseiten ist die Vorform zum Einbringen eines Umformmediums offen. Die Vorform ist aus wenigstens zwei unterschiedlichen, miteinander verschweißten Blechen zusammengesetzt, die unterschiedliche Stärken und/oder unterschiedliche Materialgüten aufweisen. Wenigstens eines der Bleche besteht aus einem Stahl, der durch Wärmebehandlung mit anschließendem Abschrecken, härtbar ist.
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Zudem ist wenigstens eines der Bleche mit einem in Walzrichtung diskontinuierlich ausgebildeten Querschnitt walzprofiliert. Das walzprofilierte Blech erstreckt sich in Walzrichtung zwischen den gegenüberliegenden Endseiten über die gesamte Länge der Vorform.
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Unter „diskontinuierlich walzprofiliertem Querschnitt“ ist zu verstehen, dass die Profilierung der Vorform entlang der Walzrichtung variabel ist und sich somit eine 3D-Form ausbilden kann, die näherungsweise der Endgestalt bzw. Endkontur des fertigen Stahlbauteils entspricht. Man spricht hierbei auch von sogenannten „endkonturnahen Vorformen“, da es beispielsweise zu etwa 80 % an die durch das Innenhochdruck-Umformen zu erzielende Endkontur angenähert ist.
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Grundgedanke der vorliegenden Erfindung ist es, eine endkonturnahe Vorform vorzusehen, die besonders gut mittels des aus der
DE 698 03 588 T2 bekannten Verfahrens in ihre Endgestalt umgeformt und gleichzeitig in gewünschten Bereichen wärmebehandelt werden kann. Dem liegt das Prinzip zugrunde, dass Bleche unterschiedlicher Stärke bzw. unterschiedlicher Materialgüte sich in ein und demselben Wärmebehandlungsverfahren hinsichtlich ihrer Materialeigenschaften unterschiedlich verhalten. So kann die im Umformwerkzeug erfolgende Wärmebehandlung dazu genutzt werden, das eine Blech zu härten, während das Material des anderen Blechs aufgrund seiner abweichenden Stärke oder Materialgüte keine Härtung erfährt.
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Wenn das umgeformte Stahlbauteil innerhalb des Umformwerkzeugs dem Kühlmedium ausgesetzt wird und dies Wärme aus dem Stallbauteil aufnimmt, kühlt das Stahlbauteil mit einer bestimmten Abkühlgeschwindigkeit oder Abkühl-Rate ab. Bereiche mit höherer Materialstärke kühlen dabei langsamer ab als Bereiche mit geringerer Materialstärke. Die Abkühlgeschwindigkeit kann dabei so eingestellt werden, dass in den Bereichen geringerer Materialstärke die sogenannte kritische Abkühlgeschwindigkeit überschritten und in den Bereichen höherer Materialstärke unterschritten wird. Dies führt dazu, dass die Bereiche geringerer Materialstärke gehärtet werden, wohingegen die Bereiche höherer Materialstärke ihre Materialkennwerte weitgehend beibehalten.
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Sofern die Bleche eine voneinander abweichende Materialgüte aufweisen, kann ausgenutzt werden, dass unterschiedliche Stähle bei unterschiedlichen Abkühlgeschwindigkeiten gehärtet werden können. Wenn also die beiden unterschiedlichen Bleche derselben Temperaturveränderung pro Zeiteinheit unterliegen, so kann ein unterschiedliches Härten aufgrund der unterschiedlichen Materialgüte erreicht werden, wenn bspw. die kritische Abkühlgeschwindigkeit des einen Blechs überschritten und die des anderen Bleches unterschritten wird.
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Beispielsweise kann das eine Blech aus einem Boronstahl und das andere Blech aus einem niedriglegierten Stahl bestehen, der eine vollkommen andere kritische Abkühlgeschwindigkeit aufweist.
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Auf diese Weise kann ein partiell gehärtetes Stahlbauteil in einem Arbeitsgang hergestellt werden. Da das Abkühlen bzw. Abschrecken des Stahlbauteils innerhalb des Umformwerkzeugs erfolgt besteht nur eine äußerst geringe Gefahr, dass sich das Stahlbauteil aufgrund des Abschreckvorganges verzieht, also nachträglich geometrisch verändert.
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Die erfindungsgemäße Vorform weist somit einen geschlossenen, fluiddichten Querschnitt auf, sodass ein Umformen mit einem in die Vorform eingebrachten und unter Druck gesetzten Umformmedium erfolgen kann. Die Vorform ist endseitig für den dichtenden Anschluss von Düsen der IHU-Formvorrichtung ausgebildet.
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Das Walzprofilieren erfolgt durch Längswalzen, vorzugsweise durch flexibles Längswalzen, insbesondere durch CNC-Längswalzen, was auch als 3D-Walzprofilieren bezeichnet wird. Die Längsrichtung der Vorform entspricht der Walzrichtung während des Walzprofilierens, also der Richtung, in welcher das oder die Bleche die Walzvorrichtung durchlaufen. Dies ist im Wesentlichen die Richtung zwischen den gegenüberliegenden Endseiten der Vorform.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung erfolgt das Walzprofilieren als Kaltwalzen.
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Unter „Blech“ sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere „Feinbleche“ zu verstehen, die sich besonders gut durch ein Walzprofilieren bearbeiten lassen.
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Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Ausgestaltung kann die Vorform u.a. aus einem Endlosband hergestellt werden, das wenigstens eines der beiden Bleche bereitstellt.
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Vorzugsweise kann es sich bei wenigstens einem der Bleche um einen höherfesten Stahl, insbesondere um einen Boronstahl handeln.
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Die Vorform kann vorzugsweise für die Fertigung eines Strukturbauteils einer Kraftfahrzeugkarosserie, insbesondere einer KFZ-B-Säule ausgebildet sein. So kann beispielsweise bei der Herstellung einer Kraftfahrzeug B-Säule die Vorform die sogenannte „Scheibentonne“, also eine Krümmung um die FahrzeugLängsachse, zumindest teilweise aufweisen.
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Das Vorsehen unterschiedlicher Stärken der Bleche kann auch dazu genutzt werden, das fertige Stahlbauteil in bestimmten Bereichen an zu erwartende Belastungen anzupassen und es bspw. nachgiebiger zum Aufbringen von Verformungsenergie zu machen.
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Das Gleiche lässt sich durch das Vorsehen unterschiedlicher Materialgüten erzielen. So können damit unterschiedliche Legierungen, aber auch Beschichtungen der Bleche gemeint sein.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung unterscheiden sich die Bleche in ihrer Materialgüte hinsichtlich ihrer Härtbarkeit beim Abschreckhärten.
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Eine unterschiedliche Härtbarkeit der Bleche ermöglicht es, die oben erwähnte partielle Härtung des zu fertigen Stahlbauteils bereits durch eine Wärmebehandlung der gesamten Vorform und ein in dem Innenhochdruck-Umformprozess erfolgendes Abschrecken zu erzielen.
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Nach einer Ausgestaltung der Erfindung kann sich das erste Blech im Querschnitt über den gesamten Profilumfang erstrecken und ein auf das erste Blech aufgeschweißtes zweites Blech die Wandstärke der Vorform bereichsweise erhöhen.
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Die Bleche liegen somit in Richtung der Wandstärke übereinander. Das zweite Blech erhöht somit die Wandstärke der Vorform sowie des fertigen Stahlbauteils bereichsweise.
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Dabei kann das zweite Blech im Profilinnenraum der Vorform oder außenseitig an dem ersten Blech angeordnet sein. Denkbar sind auch Varianten, bei denen ein zweites Blech auf der Außenseite der Vorform angeordnet ist und zusätzlich auf der Innenseite im Profilinnenraum ein weiteres Blech vorgesehen wird. Hierbei würde die Vorform aus mindestens drei Blechen bestehen. Auf diese Weise lassen sich unterschiedliche Herstellungsabläufe umsetzten. Außerdem lassen sich die mechanischen Eigenschaften des fertigen Stahlbauteils noch gezielter einstellen.
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Nach einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung kann das zweite Blech in Walzrichtung nur bereichsweise auf dem ersten Blech angeordnet sein. Das zweite Blech erstreckt sich also nicht vollständig zwischen den offenen Endseiten der Vorform, sondern nur in einem bestimmten Bereich. Hierbei spricht man von den sogenannten Patching, wobei das auf das erste Blech aufgeschweißte Blechstück als Patch bezeichnet wird. Das Aufbringen des zweiten Bleches kann vor, während oder nach dem Walzprofilieren erfolgen.
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Gemäß der Erfindung kann das erste Blech auch einen ersten Teil der Vorform entlang des Profilumfangs und das zweite Blech einen zweiten Teil der Vorform entlang des Profilumfangs bilden. Bei dieser Variante bildet das erste Blech eine erste Halbschale oder Teilschale, die mit einer weiteren, durch das zweite Blech gebildete Halbschale oder Teilschale abgedeckt wird. Die Schweißverbindung zwischen den beiden Profilschalen erstreckt sich in Walzrichtung und kann flanschlos oder unter Ausbildung eines seitlich von der Vorform abstehenden Schweißflansches erfolgen.
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Die Vorform kann alternativ aber auch so ausgebildet sein, dass das erste Blech walzprofiliert und durch ein zweites, ebenes Blech abgedeckt ist. Somit bildet nur eines der Bleche eine Schale aus, die durch ein ebenes, zweites Blech abgedeckt wird. Insbesondere bei der Fertigung von KFZ-B-Säulen hat sich diese Variante als vorteilhaft herausgestellt.
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Ein Verfahren zur Herstellung einer Vorform kann wenigstens die folgenden Schritte vorsehen:
- Verschweißen von wenigstens zwei Blechen unterschiedlicher Stärke und/oder Materialgüte, wobei sich wenigstens eines der Bleche über die gesamte Länge der Vorform erstreckt,
- als Kaltwalzen erfolgendes Walzprofilieren wenigstens eines der Bleche oder der miteinander verschweißten Bleche,
- Erzeugen einer rohrartigen Gestalt mit offenen, gegenüberliegenden Endseiten aus dem wenigstens einen oder den wenigstens zwei Blechen mittels des Walzprofilierens gemäß Schritt b) oder durch Aufeinanderlegen der beiden Bleche, Dichtschweißen der rohrartigen Gestalt an ihrem Profilumfang.
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Mittels dieses Verfahrens lassen sich die oben dargestellten, im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorform erzielbaren Vorteile erreichen.
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Das Walzprofilieren kann vorzugsweise durch Längswalzen, insbesondere durch das oben beschriebene CNC-Längswalzen erfolgen. Hierdurch lassen sich optimale Fertigungsergebnisse erzielen.
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Es kann vorgesehen sein, dass wenigstens eines der Bleche der fertigen Vorform eben ist. Im Zuge der Herstellung der Vorform wird eines der Bleche walzprofiliert und das so erzeugte, im Querschnitt offene Profil durch das zweite Blech geschlossen, indem beide Bleche dazu miteinander verschweißt werden. Hierdurch kann das Walzprofilieren weniger aufwändig ausgeführt werden, da das Querschnittsprofil der Vorform nicht im Zuge des Walzprofilierens geschlossen werden muss.
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Denkbar ist auch, dass die Bleche unter Ausbildung wenigstens eines randseitigen Flansches walzprofiliert und entlang des Flansches fluiddicht aneinandergeschweißt werden können. Dies vereinfacht zum einen das fluiddichte Verschweißen der beiden Bleche zur Vorform. Zum anderen kann das fertige Stahlbauteil, welches den randseitigen Flansch aufweist, einfacher mit den weiteren Karosserieteilen des Kraftfahrzeugs verschweißt werden.
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Alternativ zu dieser Ausgestaltung ist es ebenfalls möglich, die wenigstens zwei Bleche entlang der Walzrichtung am Profilumfang auf Stoß fluiddicht aneinander zu schweißen. Eine solche flanschlose Ausgestaltung gestattet es, das fertige Stahlbauteil mit weniger hervorstehenden Kanten auszubilden, was Vorteile beim Korrosionsschutz aber auch ästhetische Vorteile haben kann.
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Zudem ist es möglich, die Vorform so auszubilden, dass sie bereichsweise flanschlos und bereichsweise unter Ausbildung eines randseitigen Flansches gefertigt wird.
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Vorzugsweise weisen die wenigstens zwei Bleche vor dem Walzprofilieren eine ebene Form auf, so dass eine Bearbeitung mittels Walzprofilieren besonders einfach möglich ist.
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Die Bleche können bereits vor dem Walzprofilieren aneinandergefügt werden. Beispielsweise kann hierzu ein sogenanntes „TWB-Band“ verwendet werden. „TWB“ steht dabei für „Tailor Welded Blank“.
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Gemäß einer Variante kann vorgesehen sein, dass die Bleche während des Schrittes b) aneinandergefügt werden, nachdem eine zumindest teilweise Profilierung wenigstens eines Bleches bereits erfolgt ist. Dies kann beispielsweise für die Ausführungsform verwendet werden, bei welcher ein Blechstück zur bereichsweisen Verstärkung der Vorform, ein Patch, auf das andere Blech aufgebracht wird.
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Das erste Blech und das weitere Blech können während des Walzvorgangs gemäß Schritt b) in Richtung der Materialstärke aneinandergefügt werden. Das Aufbringen des weiteren Bleches erfolgt durch Schweißen und kann vor oder während des Walzprofilierens erfolgen.
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Bei einem Fertigungsverfahren zur Fertigung eines Stahlbauteils, vorzugsweise für die Fertigung eines Strukturbauteils einer Kraftfahrzeugkarosserie, insbesondere einer KFZ-B-Säule, in einem Innenhochdruck-Umformprozess wird eine vorgewärmte, erfindungsgemäße Vorform in ein Innenhochdruck-Umformwerkzeug eingeführt und umgeformt, indem die Vorform gegen die inneren Wände des Werkzeugs durch das Einführen eines erhitzten, unter Druck gesetzten Umformmediums in einen Profilinnenraum der Vorform expandiert und in einem nachfolgenden Schritt durch Einfügen eines Kühlmediums derart rasch abgekühlt wird, dass es zu einem Abschrecken des Stahlmaterials kommt. Beispielsweise wird das erwärmte Umformmedium in dem hohlen, umgeformten Werkstück durch ein unter Druck gesetztes kühlendes Medium ersetzt. Dieses Bearbeitungsverfahren entspricht dem aus der
DE 698 03 588 T2 bekannten Verfahren.
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Das Vorwärmen der Vorform erfolgt vorzugsweise über die Austenitisierungstemperatur wenigstens eines der Bleche.
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Darstellung der Erfindung
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Weitere Ziele, Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
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Dabei zeigen zum Teil schematisch:
- 1 eine Vorderansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorform,
- 2 eine Draufsicht auf die Vorform gemäß 1,
- Figuren
3 bis 5 Schnittansichten entlang der Schnittlinien C - C, B - B und A - A in 2,
- 6 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorform gemäß einer zweiten, an die erste Ausführungsform angelehnten Ausführungsform,
- 7 eine perspektivische Ansicht einer dritten Ausführungsform der Erfindung,
- 8 eine Draufsicht auf die Vorform gemäß 7,
- 9 eine Ansicht von links auf die Vorform gemäß 8,
- 10 eine perspektivische Ansicht einer vierten Ausführungsform der Erfindung,
- 11 eine Draufsicht auf die Vorform gemäß 10,
- 12 eine Vorderansicht auf die Vorform gemäß 11,
- 13 eine perspektivische Ansicht einer fünften Ausführungsform der Erfindung,
- 14 eine Draufsicht auf die Vorform gemäß 13,
- 15 eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie D - D aus 14 und
- 16 eine Schnittansicht entsprechend der Schnittlinie E - E aus 14.
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Gleiche oder gleichwirkende Bauteile werden in den nachfolgend dargestellten Figuren der Zeichnung anhand fünf unterschiedlicher Ausführungsformen mit Bezugszeichen versehen, um die Lesbarkeit zu verbessern.
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1 zeigt eine Vorderansicht einer erfindungsgemäßen Vorform 1. Die Vorform 1 weist einen geschlossenen Profilumfang 2 auf. Die Vorform 1 besteht vorliegend aus zwei Stahl-Blechen 5, 6. Das Blech 5 erstreckt sich über den kompletten Profilumfang 2 und ist an dem Stoß 10 in Längsrichtung fluiddicht geschweißt.
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Die Längsrichtung entspricht der in 2 dargestellten Walzrichtung 7. Die Walzrichtung 7 wiederum ist die Richtung, in der sich das Blech 5 während seiner Umformung aus einer ebenen Gestalt in die in 1 dargestellte geschlossene Gestalt durch eine Vorrichtung zum Walzprofilieren hindurchbewegt. Die Schweißnaht 12 am Stoß 10 erstreckt sich im Wesentlich in der Walzrichtung 7 zwischen den beiden Endseiten 3 und 4. An den Endseiten 3 und 4 ist die Vorform 1 offen. Die Endseiten 3 und 4 dienen zum Anschluss von Düsen eines Innenhochdruckumformwerkzeuges, durch welche ein Umformmedium sowie ein Kühlmedium in die Vorform eingeleitet bzw. abgeleitet werden.
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Ein solches Werkzeug ist beispielsweise aus der
DE 698 03 588 T2 bekannt und dort in
1 und
3 dargestellt.
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Die Vorform 1 weist auf der Innenseite in ihrem Profilinnenraum 13 ein aufgeschweißtes zweites Blech 6 auf, welches den etwa trapezförmigen Querschnitt 11 der Vorform 1 im in der Zeichnung oberen Bereich verstärkt.
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Die beiden Bleche 5 und 6 unterscheiden sich in ihrer Materialstärke und/oder ihrer Materialgüte. Unter Materialstärke ist die Dicke des Blechs zu verstehen. Unter Materialgüte ist beispielsweise die Legierung eines Bleches oder ein Blech zu verstehen, welches eine besondere Beschichtung aufweist.
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Die erste Ausführungsform gemäß der 1 und 2 weist einen durchgängigen Blechstreifen 6 auf, der sich ebenso wie das Blech 5 zwischen den beiden offenen Endseiten 3 und 4 der Vorform 1 erstreckt. Der Blechstreifen 6 kann in einem dem Walzprofilieren vorgelagerten Schritt mit dem Blech 5 verbunden werden. Die so miteinander verbundenen Bleche 5 und 6, die vorzugsweise flächig aufeinander geschweißt oder warm aufeinander gewalzt werden, durchlaufen im Anschluss eine Vorrichtung zum Walzprofilieren, die beide Blech 5 und 6 gemeinsam von einer ebenen Form in die in 1 gezeigte geschlossene Form mit dem Querschnitt 11 umformt.
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Dies kann als quasi Endlos-Walzprozess erfolgen, wobei die beiden Bleche 5, 6 auf einer gemeinsamen Spule bzw. auf zwei separaten Spulen bereitgestellt werden, deren Material dem Verbindungsprozess der beiden Bleche zugeführt wird.
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Im Anschluss an das Walzprofilieren wird das so geschlossene Profil der Vorform 1 entlang des Stoßes 10 dicht geschweißt, so dass die Vorform 1, abgesehen von ihrem offenen Endseiten 3 und 4, ansonsten fluiddicht ist.
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Die 1 und 2 zeigen dabei ein stark vereinfachtes Beispiel für eine Endkontur einer Vorform 1. Die Vorform 1 kann auch bereits weitere Verjüngungen in Walzrichtung 7 aufweisen oder zwischen den Endseiten 3 und 4 gekrümmt sein. Eine solche Krümmung kann beispielsweise zur Herstellung einer B-Säule für ein Kraftfahrzeug von Vorteil sein, wenn damit bereits die sogenannte Scheibentonne vorgeformt wird.
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Die 3 bis 6 zeigen eine zweite Ausführungsform, die eine Abwandlung der ersten Ausführungsform nach den 1 und 2 darstellt.
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Im Unterschied zu der ersten Ausführungsform erstreckt sich hierbei das Blech 6 nicht vollständig zwischen den offenen Endseiten 3 und 4. Stattdessen befindet sich das Blech 6 in Form eines sogenannten Patches nur in einem abgegrenzten Bereich entlang der Walzrichtung 7, wo das spätere Stahlbauteil, das aus der Vorform 1 hergestellt werden soll, verstärkt wird.
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In der 2 sind die Schnittlinien A - A, B - B und C - C an unterschiedlichen Stellen entlang der Walzrichtung 7 eingezeichnet. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel entsprechend die Schnittansichten in etwa der Darstellung der 1, in der die beiden aufeinander aufgebrachten Bleche 5, 6 erkennbar sind.
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Bei der zweiten Ausführungsform ist in den 3 bis 5 erkennbar, dass nur in dem Bereich auf Höhe des Schnittes B - B in 6 das zweite Blech 6 vorhanden ist. In den beiden anderen, den Endseiten 3 und 4 zugewandten Bereichen, ist kein zweites Blech 6 vorhanden.
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Wie ebenfalls aus den 2 und 6 erkennbar ist, verjüngen sich die Vorformen 1 in Richtung der Walzrichtung 7 von der offenen Endseite 3 in Richtung der offenen Endseite 4. Wird eine derartige Vorform 1 beispielsweise zur Herstellung einer Kraftfahrzeug-B-Säule verwendet, so stellt die Endseite 3 den späteren Fuß der B-Säule und die Endseite 4 den demgegenüber schmaleren Kopfbereich dar.
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Durch Ausbildung eines derartigen, in Walzrichtung diskontinuierlichen Querschnitts 11, kann die spätere Innenhochdruckumformung mit kleineren Umformgraden erfolgen, wodurch die Qualität des so erzielten Stahlbauteils deutlich steigt.
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Die dritte Ausführungsform, die in den 7 bis 9 dargestellt ist, weist ebenfalls einen sich von der Endseite 3 in Richtung der Endseite 4 verjüngenden, also diskontinuierlichen Querschnitt 11 auf. Im Unterschied zu den beiden ersten Ausführungsbeispielen wird hierbei jedoch nicht das eine Blech 5 selbst in einen geschlossenen Querschnitt 11 umgeformt, sondern beide Bleche 5, 6 bilden sogenannte Halbschalen bzw. Teilschalen, die jeweils walzprofiliert und aufeinander gelegt sind.
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Das Blech 5 ist im Fall der dritten Ausführungsform mit einer größeren Materialstärke D1 als das zweite Blech 6 mit der Materialstärke D2 ausgebildet Hierbei kann beispielsweise das Blech 5 die spätere Außenseite der Kraftfahrzeug-B-Säule bilden.
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In der dritten Ausführungsform sind beide Bleche unter Ausbildung eines randseitigen Flansches 9 walzprofiliert. Im Bereich dieses Flansches 9 wird durch Aufeinanderlegen der Bleche 5, 6 der Querschnitt 11 im Profil der Vorform 1 geschlossen und dann entlang einer sich im Wesentlichen in Walzrichtung 7 erstreckenden Schweißnaht 12 fluiddicht geschweißt.
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Die vierte Ausführungsform der Erfindung, die in den 10 bis 12 dargestellt ist, hat vom grundsätzlichen Aufbau her eine große Ähnlichkeit mit der dritten Ausführungsform. Im Unterschied zur dritten Ausführungsform werden die Bleche 5, 6 jedoch nicht entlang eines randseitigen Flansches 9, sondern eines Stoßes 10 aneinander geschweißt. Dabei ist es zum einen möglich, zunächst beide Bleche 5, 6 durch Walzprofilieren zu formen, dann aufeinander zu legen und auf Stoß zu schweißen. Alternativ ist es aber auch möglich, zwei parallel laufende Blechbahnen im Bereich eines Stoßes 10 vor dem Walzprofilieren aneinander zu schweißen und beide Blechbahnen gemeinsam als Blech 5 und 6 durch die Vorrichtung zum Walzprofilieren hindurch zu führen, so dass sich aufgrund des Walzprofilierens das Profil im Querschnitt 11 der Vorform 1 schließt. Anschließend muss dann nur noch an einem Stoß 10 eine entsprechende Schweißnaht 12 erzeugt werden, um eine, abgesehen von den offenen Endseiten 3 und 4, fluiddichte Vorform 1 zu erhalten.
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Schließlich zeigt die fünfte Ausführungsform nach den 13 bis 16 einen nochmals abgewandelten Aufbau. Hierbei wird nur das eine Blech 5 mittels Walzprofilieren mit einem in Walzrichtung 7 diskontinuierlichen Querschnitt 11 versehen. Erkennbar ist dies insbesondere in den 15 und 16, die die Schnitte entlang der Linien D - D und E - E zeigen. Der Profilquerschnitt 11 im Fußbereich der späteren B-Säule in 16 ist deutlich breiter als im Kopfbereich gemäß der 15.
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Das Blech 5 wird durch Walzprofilieren im Querschnitt in etwa in eine Hutform mit randseitigen Flanschen 9 gebracht. Anschließend wird das zweite Blech 6 auf die Flansche 9 aufgelegt und so die Vorform im Querschnitt 11 geschlossen, so dass lediglich die Endseiten 3 und 4 offenbleiben.
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Anschließend wird die Vorform 1 entlang der Schweißnaht 12 fluiddicht geschweißt.
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In den 13 und 14 ist noch besser erkennbar, was unter einer endkonturnahen Vorform 1 zu verstehen ist. Zwischen dem breiten Fußbereich bei der Schnittlinie E - E und dem schmalen Kopfbereich D - D liegt zum einen eine Verjüngung 8 und eine Aufweitung 14 vor, die bereits vor der Endverarbeitung der Vorform 1 in einem Innenhochdruckumformwerkzeug die spätere Form der B-Säule tendenziell erkennen lassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorform
- 2
- Profilumfang
- 3
- Endseite
- 4
- Endseite
- 5
- Blech
- 6
- Blech
- 7
- Walzrichtung
- 8
- Bereich
- 9
- Flansch
- 10
- Stoß
- 11
- Querschnitt
- 12
- Schweißnaht
- 13
- Profilinnenraum
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 03/018338 A1 [0004]
- WO 03/000440 A1 [0004]
- WO 2005/110638 A1 [0004]
- WO 0233132 A1 [0004]
- US 2006/0043774 A1 [0004]
- DE 102011055643 A1 [0004]
- WO 2006/122166 A2 [0004]
- US 5333775 A [0005]
- US 2007/0193013 A1 [0006]
- US 2011/0233961 A1 [0007]
- DE 69803588 T2 [0008, 0019, 0052, 0059]
- WO 9854370 A1 [0008]
- EP 1304392 A1 [0008]
