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Die
Erfindung betrifft ein gerades Stahlrohr für Innenhochdruckumformanwendungen,
insbesondere zur Herstellung der A-Säule, B-Säule oder C-Säule eines
Automobils nach Anspruch 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung
ein Verfahren zum Innenhochdruckumformen eines Stahlrohrs, insbesondere
zum Innenhochdruckumformen der A-Säule, B-Säule oder C-Säule
eines Automobils nach Anspruch 16.
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Bei
einer wohlbekannten Technologie werden gerade Stahlrohre (das heißt ohne
Krümmungen)
für Innenhochdruckumformanwendungen
verwendet. Das Rohr wird vor seinem Einführen in eine Innenhochdruckumformvorrichtung
oftmals gebogen, wobei das Rohr zwischen zwei oder mehr Gesenken
platziert und der Durchmesser des Rohrs vergrößert und/oder die Form des
Querschnitts des Rohrs über
zumindest einen Teil der Länge
des Rohrs durch Einführen
eines druckbeaufschlagten Fluids in das Rohr, während die Enden des Rohrs geschlossen
gehalten werden, geändert
wird. Es ist jedoch nicht immer erforderlich, das Rohr vorher zu biegen.
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Ein
Nachteil der Innenhochdruckumformtechnologie besteht darin, dass
die Materialmenge in dem Rohr durch Wählen des Durchmessers des Rohrs
vorher bestimmt wird, während
sich der Umfang des Rohrs beim Innenhochdruckumformen oftmals ändert. Dies
führt dazu,
dass sich die Dicke der Rohrwand in solchen Fällen während des Innenhochdruckumformens,
oftmals nur lokal, ändert,
was zu einem geschwächten
innenhochdruckumgeformten Teil oder einem Versagen des Teils beim
Innenhochdruckumformen führt.
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Insbesondere
die Teile eines Automobils, insbesondere die A-Säule, B-Säule und C-Säule, sollten sich nicht leicht
biegen lassen und müssen fest
und steif sein. Diese Anforderungen sind erst recht bei einer A-Säule in einem
offenen Auto erforderlich, wo die A-Säulen in der Lage sein sollten,
den Kräften
während
eines Überschlagens
des Autos zu widerstehen. Hier wird vom Verwender auch ein schlankes
Teil gefordert, um die Sicht nicht zu behindern.
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Eine
Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines verbesserten
Rohrs für
Innenhochdruckumformanwendungen, insbesondere für Automobilverwendungen.
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Eine
andere Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines
Rohrs für
Innenhochdruckumformanwendungen, mit dem die Dickenänderung
während
des Innenhochdruckumformens reduziert werden und/oder ein Versagen
des Rohrs während
des Innenhochdruckumformens verhindert werden kann.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines
Rohrs für
Innenhochdruckumformanwendungen mit einer verbesserten Festigkeit
und Steifigkeit bezüglich
seines Umfangs unter Verwendung der gleichen Wanddicke des Rohrs.
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Gemäß der Erfindung
werden eine oder mehrere Aufgaben durch Bereitstellung eines geraden
Stahlrohrs für
Innenhochdruckumformanwendungen, insbesondere zur Herstellung der
A-Säule, B-Säule oder
C-Säule
eines Automobils, gelöst,
wobei der Stahl eine Zugfestigkeit von über 400 MPa aufweist, wobei
das Rohr eine Wanddicke von 1–4 mm
aufweist und wobei das Rohr über
mindestens 25% seiner Länge
mit einer Längsvertiefung
versehen worden ist, wobei das Rohr einen mittleren Durchmesser
zwischen 30 mm und 200 mm im Bereich der Vertiefung aufweist.
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Für den Zweck
der vorliegenden Erfindung ist eine Vertiefung als ein nach innen
gekrümmter
Teil des Umfangs eines Querschnitts des Rohrs, zum Beispiel um ca.
ein Drittel des Umfangs nach innen gekrümmt, definiert. Natürlich ist
der Übergang
zwischen dem normalen halbkreisförmigen
Umfang des Querschnitts und dem nach innen gekrümmten Teil stufenlos und es
liegen keine scharfen Winkel vor. Der mittlere Durchmesser ist der
Durchschnitt aller Durchmesser des Querschnitts des Rohrs, als ob
keine Vertiefung vorhanden wäre.
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Die
Erfindung ermöglicht
während
des Innenhochdruckumformvorgangs die Bereitstellung von mehr Material
in dem Abschnitt des Rohrs, in dem der Querschnitt des Rohrs durch
das Innenhochdruckumformen vergrößert worden
ist, indem ein Teil des Materials in der Vertiefung zur Vergrößerung des
Querschnitts des Rohrs zugeführt
wird. Dies wird dadurch erreicht, dass die Vertiefung weniger tief
wird. Für
die A-Säule
und C-Säule
eines Autos ist dies insbesondere an dem Teil der Säule nützlich,
an dem die Säule über die
Ebene der Motorhaube vorragt.
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Da
das Rohr über
einen Teil seiner Länge vergrößert werden
muss, muss die Vertiefung über mindestens
25% der Länge
des Rohrs vorliegen.
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Natürlich ist
die Verwendung von Vertiefungen in einem Rohr bekannt, aber diese
Vertiefungen werden dazu verwendet, das Rohr zu biegen, weil die Vertiefung
dem Rohr eine geringere Biegesteifigkeit verleiht. Des Weiteren
sind diese bekannten Vertiefungen im Vergleich zur Länge des
Rohrs kurz, da sie nur dort vorhanden sind, wo das Rohr gebogen
werden muss.
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Des
Weiteren ist bekannt, Vertiefungen in eine Rohr während des
Innenhochdruckumformvorgangs zu pressen, also nachdem das Rohr zwischen den
Gesenken einer Innenhochdruckumformvorrichtung platziert worden
ist, aber in diesem Fall wird das Rohr im gleichen Prozess innenhochdruckumgeformt,
und ein gerades Rohr mit einer Vertiefung gemäß der Erfindung liegt niemals
als ein getrenntes Teil vor.
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Vorzugsweise
ist die Vertiefung über
mindestens 50% der Länge
des Rohrs, vorzugsweise über mindestens
75% der Länge
des Rohrs, vorgesehen worden. Je länger die Vertiefung, desto
leichter ist es, ein Rohr mit solch einer Vertiefung zu versehen.
Die Festigkeit und die Steifigkeit des Rohrs werden auch über einen
längeren
Teil des Rohrs verbessert, wenn die Vertiefung länger ist.
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Gemäß einer
verbesserten Ausführungsform ist
die Vertiefung über
die gesamte Länge
des Rohrs vorgesehen worden. Solche Rohre lassen sich relativ leicht
herstellen, und in der Regel ist die Vertiefung über die gesamte Länge erforderlich,
wie zum Beispiel für
A-, B- und C-Säulen.
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Es
gibt jedoch auch Anwendungen, bei denen es praktisch ist, wenn die
Vertiefung nur zwischen den äußeren Enden
des Rohrs vorhanden ist. Dies bedeutet, dass die Endteile des Rohrs
nicht mit der Vertiefung versehen sind, aber dass die Vertiefung
zwischen den Endteilen des Rohrs vorgesehen ist. In solchen Fällen ist
es leichter, den Endteil des Rohrs, das mit der Vertiefung versehen
ist, mit anderen Teilen zu verbinden.
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Das
Rohr ist vorzugsweise aus einem hochfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit
von mindestens 500 MPa, vorzugsweise HSLA-Stahl, hergestellt worden.
HSLA-Stähle mit
einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa sind für Innenhochdruckumformanwendungen
gut geeignet und werden oft für
Automobilteile verwendet.
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Vorzugsweise
ist das Rohr aus hochfestem Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens
600 MPa, vorzugsweise DP 600 oder fester, TRIP 600 oder fester,
komplexer Phase oder TWIP-Stahl, hergestellt worden.
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Die
meisten dieser hochfesten Stähle
sind fest, weisen jedoch geringe plastische Dehnung auf. Für solche
Stahlarten ist eine Vertiefung im Rohr erforderlich, da der Umfang
sonst nur um ein kleines Ausmaß vergrößert werden
kann, ohne dass das Rohr versagt.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform ist
das Rohr ein rollgeformtes Rohr, vorzugsweise ein rollgeformtes
Präzisionsrohr.
Solche Rohre lassen sich leicht herstellen und werden oftmals beim
Innenhochdruckumformen verwendet.
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Gemäß einer
anderen bevorzugten Ausführungsform
ist das Rohr ein röhrenförmiger Rohling. Röhrenförmige Rohlinge
werden aus einem planaren Flächengebilde
hergestellt und nicht als durchgehendes Rohr wie bei rollgeformten
Rohren. Röhrenförmige Rohlinge
weisen eine Laserschweißung
auf, die stärker
ist als eine Hochfrequenzinduktionsschweißung wie bei rollgeformten
Rohren.
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Bei
einer Ausführungsform
ist das Rohr ein konisches Rohr. Konische Rohre ohne Vertiefung sind
teurer in der Herstellung als Rohre mit einem konstanten Durchmesser,
weil sie nicht durchgehend hergestellt werden können, sondern als röhrenförmiger Rohling
hergestellt werden müssen.
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Vorzugsweise
weist die Vertiefung eine Tiefe auf, die über die Länge der Vertiefung variabel
ist. Wenn die Tiefe der Vertiefung über die gesamte Länge des
Rohrs variiert, ist es möglich,
ein konisches Rohr ausgehend von einem Rohr mit einem konstanten
Durchmesser ohne Vertiefung herzustellen. Das konische Rohr mit
Vertiefung ist somit kostengünstiger
als ein standardmäßiges konisches
Rohr, weil es aus einem Rohr mit einem konstanten Durchmesser hergestellt
werden kann.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform ist
das Rohr ein Tailored Tube. Somit kann das Rohr zum Beispiel aus
zwei verschiedenen Stahlarten hergestellt werden oder kann zwei
verschiedene Dicken aufweisen.
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Gemäß einer
anderen bevorzugten Ausführungsform
ist das Rohr aus einem Tailor Rolled Blank hergestellt worden. Somit
weist das Rohr Teile mit verschiedenen Dicken auf.
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Bei
einer Ausführungsform
ist das Rohr mit zwei Vertiefungen an gegenüberliegenden Seiten des Rohrs
versehen worden. Dies kann dazu nützlich sein, die Biegesteifigkeit
und Festigkeit des Rohrs an der Stelle der Vertiefungen zu verringern.
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Bei
einer anderen Ausführungsform
ist das Rohr mit zwei oder mehr Vertiefungen auf der gleichen Seite
des Rohrs versehen worden, wobei vorzugsweise eine Vertiefung über mindestens
25% der Länge
des Rohrs vorgesehen worden ist. Auf diese Weise werden nur die
Enden des Rohrs mit einer Vertiefung versehen.
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Das
Rohr weist vorzugsweise einen mittleren Durchmesser zwischen 50
mm und 120 mm in dem Bereich der Vertiefung auf. Durch Innenhochdruckumformen
herzustellende Rohre weisen selten einen Durchmesser außerhalb
dieses Bereiches auf.
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Des
Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Innenhochdruckumformen
eines Stahlrohrs, insbesondere zum Innenhochdruckumformen der A-Säule, B-Säule oder
C-Säule eines
Automobils, wobei der Stahl eine Zugfestigkeit von über 400 MPa
aufweist, wobei das Rohr eine Wanddicke von 1–4 mm aufweist, mit den folgenden
Schritten:
- – in einem ersten Schritt Bereitstellen
eines geraden Stahlrohrs mit einer Längsvertiefung über mindestens
25% der Länge
des Rohrs, so dass der mittlere Durchmesser des Rohrs in dem Bereich
der Vertiefung zwischen 30 mm und 200 mm gemäß irgendeinem der vorhergehenden
Ansprüche
liegt;
- – in
einem weiteren Schritt, der von dem ersten Schritt getrennt ist,
Innenhochdruckumformen des Rohrs, das mit einer Vertiefung versehen
worden ist.
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Dieses
Verfahren beschreibt das Herstellen des geraden Stahlrohrs wie oben
beschrieben und Herstellen dieses Rohrs durch Verwendung von Innenhochdruckumformen.
Auf diese Weise wird auch die Verwendung des Rohrs mit einer Vertiefung
gemäß der Erfindung
mit umfasst.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform wird
zwischen dem ersten Schritt und dem weiteren Schritt während eines
Zwischenschritts das mit einer Vertiefung versehene gerade Rohr
gebogen. Es wird oftmals erforderlich sein, das gerade Rohr zu biegen, bevor
es innenhochdruckumgeformt wird, da eine A-Säule beispielsweise nicht gerade
ist.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform
werden der Zwischenschritt und der weitere Schritt zu einem einzigen
Schritt kombiniert. Somit wird das Rohr in der Innenhochdruckumformvorrichtung
gebogen, bevor das Innenhochdruckumformen selbst stattfindet. Auf
diese Weise ist es nicht erforderlich, eine getrennte Biegevorrichtung
zu verwenden. Natürlich
ist dies nur dann möglich,
wenn das Rohr mehr oder weniger gerade bleibt.
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Als
Beispiel wird ein Rohr für
eine A-Säule für ein Automobil
beschrieben. Das Rohr weist eine Länge von ca. 2 Meter und eine
Wanddicke von 2 mm auf. Bevor die Vertiefung ausgebildet wird, weist
das Rohr einen Durchmesser von ca. 60 mm auf. Eine Vertiefung wird über die
volle Länge
des Rohrs ausgebildet, wobei die Vertiefung eine variable Tiefe
aufweist, so dass die Vertiefung an einem Ende des Rohrs tiefer
ist als am anderen Ende. Auf diese Weise wird ein konisches Rohr
gebildet, wobei das Rohr an dem Ende einen kleineren mittleren Durchmesser aufweist,
an dem die Vertiefung am tiefsten ist. Dieses Ende wird das obere
Ende der A-Säule bilden, nachdem
das Rohr mit der Vertiefung gebogen und innenhochdruckumgeformt
worden ist.