EP0931605A2 - Verfahren zur Herstellung eines länglichen Hohlkörpers und dessen Anwendung - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines länglichen Hohlkörpers und dessen Anwendung Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a method for manufacturing an elongated hollow body made of naturally hard aluminum or a hardenable aluminum alloy and the application of such a hollow body.
  • an elongated hollow body made of natural hard Aluminum, for example AlMgMn or a curable Aluminum alloy, e.g. AlMgSi1, manufactured in the at least two sheets of different wall thickness be joined together on a circuit board. Then will this board is formed into a hollow body and attached to the Longitudinal edges connected by joining technology. By means of the hydraulic Hydroforming is the hollow body in brought the final configuration.
  • Has wall thickness It is essential that for Manufacture of sheet metal from aluminum or aluminum alloys are used. This can be a considerable amount of weight can be saved.
  • aluminum is an ideal material for vehicle construction because it is light, rustproof and recyclable.
  • Such a hollow body with reduced wall thickness in some areas can be used for the production of components who are under external stress, but where the tensions that occur due to the Component construction spread over the component in different heights occur.
  • examples for this are Body parts or chassis components from Motor vehicles.
  • the components after the Dimensioned maximum load this does not result so far only for an unnecessary use of materials, but above all also at an unnecessary weight.
  • Such disadvantages are avoided according to the invention in that the elongated hollow body used to manufacture the components Find use according to the later load in different areas of the components be dimensioned and also made of light metal become. This will reduce the later burdens of such Component taken into account, also a high level of Material and weight savings achieved.
  • Hollow bodies have a better bending and section modulus on than before and can in their stress behavior optimally adapted to the respective purpose become.
  • the longitudinal edges are preferably joined by means of Laser welding technology.
  • Laser welding technology come powerful laser sources for use. Carbon dioxide lasers are suitable.
  • a high-performance light beam is particularly advantageous, that changes the properties of aluminum so that the light is not reflected, but is absorbed. The in this way through the light beam in the joint edge area The energy brought in melts the metal. The subsequently solidified melt then sets a firm connection.
  • the joining process can be automated and is therefore ideal for mass production.
  • Size and shape of aluminum light metal sheets can vary. These parameters are according to the Component design and occurring load voltages selected.
  • For the production of elongated hollow bodies in Sheets made of naturally hard aluminum are lightweight (AlMgMn) and hardenable alloys (AlMgSi1) in particular well suited. This creates a hollow body with Properties with regard to the strength, load-bearing capacity and load stress behavior, which optimally on the later use is coordinated.
  • the manufactured with the inventive method elongated hollow bodies are particularly suitable for the Manufacture of body parts or chassis components.
  • the hollow body indicates one of its later use coordinated configuration with a high degree of weight saving. There will be two opposing ones Trends united by being a heavy duty Chassis carrier is realized in lightweight construction.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines länglichen Hohlkörpers aus naturhartem Aluminium wie z.B. AlMgMn oder einer aushärtbaren Aluminiumlegierung, wie z.B. AlMgSi1 sowie die Anwendung derartiger Hohlkörper als Bestandteil von Fahrwerksträgern im Fahrzeugbau. Bei der Herstellung werden mindestens zwei Bleche unterschiedlicher Wanddicke zu einer Platine aneinandergefügt. Dann wird die Platine zu einem Hohlkörper umgeformt und an ihren Längskanten fügetechnisch verbunden. Die Endformgebung des Hohlkörpers erfolgt durch hydraulisches Innenhochdruckumformen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines länglichen Hohlkörpers aus naturhartem Aluminium oder einer aushärtbaren Aluminiumlegierung und die Anwendung eines solchen Hohlkörpers.
Längliche Hohlkörper, wie beispielsweise Rohre, finden als Bauteile im Karosserie- und Fahrwerksbau Anwendung, z.B. für die Herstellung von Vorder- oder Hinterachsen und ähnlichem. Die wesentlichen Endwicklungsziele liegen hier auf dem Materialsektor in möglichst leichten und im Fertigungsbereich in immer kostengünstigeren Bauteilen, und zwar unter Einhaltung höchster Sicherheitskriterien.
Häufig sind solche Bauteile im Fahrzeug in verschiedenen Bereichen unterschiedlich starken Belastungen unterworfen. Man ist daher zur Reduzierung der Fahrzeugmasse bei solchen Bauteilen bereits zum Einsatz von sogenannten "tailored blanks" übergegangen. Dies sind zusammengeschweißte Blechplatinen unterschiedlicher Festigkeitseigenschaften und/oder unterschiedlicher Blechdicke.
Zur Herstellung von Fahrzeugbauteilen nimmt man unterschiedlich starke Bleche und verschweißt diese in geradem Zustand zu Platinen. Erst nach dem Verschweissen findet die Umformung statt.
Diese Vorgehensweise gewährleistet bereits ein hohes Maß an Gewichtsreduktion. Dennoch ist man weiterhin bestrebt, Fahrzeugbauteile gewichtsmäßig zu reduzieren und konstruktiv zu verbessern.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von länglichen Hohlkörpern zu schaffen, welche eine weitere Gewichtsreduzierung ermöglichen und eine gezielte, auf die jeweils unter Belastung auftretenden Spannungen abstimmbares Belastungsverhalten aufweisen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst.
Hierbei wird ein länglicher Hohlkörper aus naturhartem Aluminium beispielsweise AlMgMn oder einer aushärtbaren Aluminiumlegierung, wie z.B. AlMgSi1, hergestellt, in dem mindestens zwei Bleche unterschiedlicher Wanddicke zu einer Platine aneinandergefügt werden. Anschliessend wird diese Platine zu einem Hohlkörper umgeformt und an den Längskanten fügetechnisch verbunden. Mittels des hydraulischen Innenhochdruckumformens wird der Hohlkörper in die Endkonfiguration gebracht.
Auf diese Weise kann ein Hohlkörper hergestellt werden, der in Längs- und/oder Querrichtung Abschnitte unterschiedlicher Wanddicke aufweist. Wesentlich ist, dass zur Herstellung der Platine Bleche aus Aluminium bzw. Aluminiumlegierungen zum Einsatz gelangen. Hierdurch kann ein erhebliches Mass an Gewicht eingespart werden. Aluminium ist für den Fahrzeugbau ein idealer Werkstoff, weil er leicht, rostfrei und recyclebar ist.
Ein solcher bereichsweise wanddickenreduzierter Hohlkörper kann für die Herstellung von Bauteilen verwendet werden, die unter äußerer Belastung stehen, bei denen aber die auftretenden Spannungen aufgrund der Bauteilkonstruktion verteilt über das Bauteil in unterschiedlicher Höhe auftreten. Beispiele hierfür sind Karosserieteile oder Fahrwerkskomponenten von Kraftfahrzeugen. Werden die Bauteile nach der Maximalbelastung dimensioniert, führt dies bisher nicht nur zu einem unnötigen Materialeinsatz, sondern vor allem auch zu einem unnötigen Gewicht. Derartige Nachteile werden erfindungsgemäss dadurch vermieden, daß die länglichen Hohlkörper die zur Herstellung der Bauteile Verwendung finden, entsprechend der späteren Belastung in den einzelnen Bereichen der Bauteile unterschiedlich dimensioniert werden und zudem aus Leichtmetall gefertigt werden. Damit wird den späteren Belastungen eines solchen Bauteils Rechnung getragen, zudem ein hohes Maß an Material- und Gewichtseinsparung erreicht.
Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Hohlkörper weisen ein besseres Biege- und Widerstandsmoment auf als bisher und können in ihrem Belastungsverhalten optimal auf den jeweiligen Verwendungszweck angepasst werden.
Das Fügen der Längskanten erfolgt vorzugsweise mittels Laserschweißtechnik. Hierbei kommen leistungsstarke Laserquellen zum Einsatz. Geeignet sind Kohlendioxidlaser. Besonders vorteilhaft ist ein Hochleistungslichtstrahl, der die Eigenschaften von Aluminium so verändert, dass das Licht nicht reflektiert, sondern absorbiert wird. Die auf diese Weise durch den Lichtstrahl im Fügekantenbereich eingebrachte Energie bringt das Metall zum schmelzen. Die anschliessend erstarrte Schmelze stellt dann eine feste Verbindung her.
Der Fügevorgang ist automatisierbar und damit ideal für die Massenproduktion.
Durch die Endformgebung mittels hydraulischem Innenhochdruckumformen kann die Anzahl von Fügenähten gering gehalten werden. Vor der Endformgebung kann bedarfsweise ein Glühen der Hohlkörper vorgenommen werden, um mögliche Eigenspannungen im Werkstück abzubauen. Ferner kann eine Verformung des Hohlkörpers, beispielsweise durch Biegen, vorgenommen werden.
Es hat sich gezeigt, daß die Endformgebung mittels hydraulischer Innenhochdruckumformtechnik eine besonders produktive und wirtschaftliche, aber auch insbesondere schonende Umformung der fügetechnisch verbundenen Platinen erlaubt. Unerwünschte Materialverschiebungen oder Verdünnungen bei der Endformgebung werden vermieden. Die hydraulische Innenhochdruckumformung erlaubt es trotz Blechdickensprüngen und Blechdickentoleranzen eine vorgebbare Flächenpressung beim Umformen einzuhalten. Ein Wandern der Fügenaht, insbesondere einer Schweissnaht, während des Umformvorgangs wird in tolerierbaren Grenzen gehalten. Einer unregelmäßigen Flächenpressung und damit einer Faltenbildung oder Wellenausbildung wird durch die erfindungsgemäß angewandte hydraulische Innenhochdruckumformung entgegengewirkt.
Größe und Form der Bleche aus Aluminium-Leichtmetall kann variieren. Diese Parameter werden entsprechend der Bauteilgestaltung und auftretenden Lastspannungen ausgewählt. Für die Herstellung von länglichen Hohlkörpern in Leichtbauweise sind Bleche aus naturhartem Aluminium (AlMgMn) und aushärtbare Legierungen (AlMgSi1) besonders gut geeignet. Damit wird ein Hohlkörper geschaffen mit Eigenschaften hinsichtlich des Festigkeits-, Tragfähigkeits- und Lastspannungsverhaltens, der optimal auf die spätere Verwendung abgestimmt ist.
Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten länglichen Hohlkörper sind besonders gut geeignet für die Fertigung von Karosserieteilen oder Fahrwerkskomponenten. Der Hohlkörper weist eine auf seine spätere Verwendung abgestimmte Konfiguration auf bei einem hohen Maß an Gewichtseinsparung. Es werden zwei an sich gegenläufige Tendenzen vereinigt, indem ein hochbelastungsfähiger Fahrwerksträger in Leichtbauweise realisiert wird.

Claims (2)

  1. Verfahren zur Herstellung eines länglichen Hohlkörpers aus naturhartem Aluminium, wie z.B. AlMgMn oder einer aushärtbaren Aluminiumlegierung, wie z.B. AlMgSi1, bei welchem mindestens zwei Bleche unterschiedlicher Wanddicke zu einer Platine aneinandergefügt, dann diese Platine zu einem Hohlkörper umgeformt und anschliessend dessen Längskanten fügetechnisch verbunden werden, worauf dieser Hohlkörper durch hydraulisches Innenhochdruckumformen in die Endkonfiguration gebracht wird.
  2. Anwendung eines mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gefertigten Hohlkörpers als Bestandteil von Fahrwerksträgern im Fahrzeugbau.
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