EP1000677B1 - Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mittels Innenhochdruck-Umformen - Google Patents

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EP1000677B1
EP1000677B1 EP99120812A EP99120812A EP1000677B1 EP 1000677 B1 EP1000677 B1 EP 1000677B1 EP 99120812 A EP99120812 A EP 99120812A EP 99120812 A EP99120812 A EP 99120812A EP 1000677 B1 EP1000677 B1 EP 1000677B1
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EP
European Patent Office
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tube
section
wall thickness
sections
inner tube
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Conrad Dipl.-Ing. Oehlerking
Frank Dr. Welsch
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Volkswagen AG
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Volkswagen AG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D26/00—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces
    • B21D26/02—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces by applying fluid pressure
    • B21D26/033—Deforming tubular bodies
    • B21D26/051—Deforming double-walled bodies
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D39/00—Application of procedures in order to connect objects or parts, e.g. coating with sheet metal otherwise than by plating; Tube expanders
    • B21D39/04—Application of procedures in order to connect objects or parts, e.g. coating with sheet metal otherwise than by plating; Tube expanders of tubes with tubes; of tubes with rods

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a component by means of Hydroforming from a tube with at least one section different wall thickness.
  • the present invention also relates to such a tube.
  • IHU hydroforming process
  • DE 196 04 357 A1 describes a method for producing pipes with sections different wall thickness known from an initially flat sheet, in which first a targeted rolling deformation of the sheet in the rolling direction changing sheet thicknesses in certain areas. This results in one targeted partial wall thickness reduction. Then the rolled sheet cut, formed into a tube and joined along the butt edges. A such manufacturing with continuous material in a manufacturing process, however complex and costly.
  • DE 3610 481 A1 describes a further method for producing pipes with a or several inner wall thickenings known, the thickenings from one cylindrical tube manufactured by cutting processes and / or forming processes are.
  • the first step is: Machining processes or forming processes externally or externally and internally molded wall thickenings, which are preferably produced in a second step Cold hammers are formed or shaped inwards. This is also the case is a comparatively complex and costly process.
  • EP 0 733 540 B1 describes a method for producing a hollow profile for a Carrier structure of a motor vehicle by hydraulic expansion of a Output part, an extruded profile being used as the output part, which in Cross-section areas with different wall thicknesses.
  • the wall thickness of the The starting part is chosen so that the hydroforming process manufactured hollow profile has the necessary wall thickness at the required points.
  • the disadvantage of this is that for different hollow profiles with different wall thicknesses separate extruded profiles must be produced as the starting product each time.
  • the object of the present invention is therefore a method of the above Provide mentioned type, in which the wall thickness gradation with a paragraph-free outer contour can be reached in the simplest possible way.
  • the object of the invention is also a tube produced by said method
  • the solution is to first use a composite pipe by using an inner tube with a uniform wall thickness to generate the minimum a section of different wall thickness at least one outer pipe section is pushed on and then the assembled pipe High pressure forming process is subjected, so that the parts through the Shaping process are firmly connected to each other, according to the invention at least one end of an outer tube section is designed obliquely in cross section is, so that after the hydroforming process a substantially paragraph-free outer contour of the finished component results.
  • the outer contour then does not need any Post-processing to grind off any paragraphs or joints or in comparable postprocessing.
  • one or more can additional connections between the inner tube and the at least one outer Pipe section are produced, for example by laser welding or others Joining techniques. This ensures that the composite semi-finished product in the IHU tool does not slip.
  • These additional connections can, for example, after the forming process are produced in that the resulting component with a or several other components is connected.
  • a composite tube 10 which consists of an inner tube 11 and an outer tube section 12.
  • the inner tube 11 has the required component length.
  • the outer tube section 12 is in the manner of a sleeve completely pushed over the inner tube 11 so that it has a central region 11b covered and the outer areas 11a remain uncovered.
  • On the outer edges 13 and 14 of the outer tube section 12 are bevels extending inwards 15, 16 provided.
  • the inner tube 11 and the outer tube section 12 consist for example of a Sheet steel, which is formed into a tube and joined at the butt edges.
  • the Assembled tube 10 is a hydroforming process in the usual way subjected.
  • the resulting component 20 is schematic in FIG. 1b shown.
  • the component 20 consists of outer regions 21, which consist of the Inner tube 11 emerged and correspond to the area 11a designated in FIG. 1a and a thickened region 22, which consists of the region designated by 11b in FIG. 1a of the inner tube and the outer tube section 12 emerged.
  • the outer contour of the Component 20 has no shoulders, since the wall of the former inner tube perfectly to the oblique contour 15, 16 of the outer tube section 12 nestled.
  • connection points e.g. B. can be further solidified by laser welding or by other joining techniques.
  • This Connection points can be made before or after the forming process. There then the connection points made after the forming process, they can are generated that the component 20 with one or more any other Components is connected.
  • FIG. 2a shows a further exemplary embodiment of a composite tube 30 shown schematically and partially cut.
  • the composite pipe 30 consists of an inner tube 31 and three outer tube sections 32, 33, 34, which are partially are pushed over each other on the inner tube 31, so that an outer region 31a of the Inner tube 31 and the outer free ends 32a, 33a, 33b of the outer tube sections 32, 33, 34 remain uncovered.
  • the outer free ends 32a 33a and 34a of the outer Pipe sections 32, 33, 34 in turn have an inward bevel 32b, 33b, 34b.
  • the composite pipe 30 becomes a common one Subjected to hydroforming process.
  • the resulting component 40 is schematic and partially sectioned in Figure 2b shown.
  • the component 40 has a thin region 41 which emerges from the outer Region 31a of the inner tube 31 results, as well as gradually thickened regions, namely a single thickened area 42, a double thickened area 43 and one triple thickened area 44.
  • the thickened areas 42, 43, 44 result from the Addition of the wall thicknesses of the different outer ones partially pushed over each other Pipe sections 32, 33, 34.
  • the design of the outer free ensures Ends 32a, 33a, 34a of the outer tube sections 32, 33, 34 have a shoulder-free contour.
  • connection points between the inner tube 31 and the outer tube sections 32, 33, 34 are produced. However, these parts are already fixed by the shape connected with each other.

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils mittels Innenhochdruck-Umformen aus einem Rohr mit mindestens einem Abschnitt unterschiedlicher Wanddicke. Die vorliegende Erfindung trifft ferner ein derartiges Rohr.
Für den Innenhochdruck-Umformprozeß (IHU) werden üblicherweise Rohre als Halbzeuge eingesetzt. Im Automobilbau erfordern belastungsgerecht dimensionierte Bauteile oft eine abgestufte Wanddicke. Um diese Forderung zu erfüllen, müssen für den IHU-Prozeß diese Rohre in abgestufter Wanddicke hergestellt werden.
Aus der DE 196 04 357 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen von Rohren mit Abschnitten unterschiedlicher Wanddicke aus einem anfangs ebenen Blech bekannt, bei dem zunächst eine gezielte walzende Verformung des Blechs mit in Walzrichtung bereichsweise wechselnden Blechdicken vorgenommen wird. Daraus resultiert eine gezielte partielle Wanddickenreduktion. Anschließend wird das gewalzte Blech zugeschnitten, zu einem Rohr umgeformt und entlang der Stoßkanten gefügt. Eine derartige Fertigung mit durchgehendem Material in einem Herstellungsprozeß ist jedoch aufwendig und kostspielig.
Aus der DE 43 20 656 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Rohrträgers nach dem Innenhochdruck-Umformverfahren bekannt, bei dem ein gerader Rohrkörper aufgeweitet wird, wobei der aufzuweitende Rohrkörper aus unterschiedliche Wandstärken aufweisenden Rohrabschnitten zusammengeschweißt ist. Diese Anfertigung von sogenannten "tailored tubes" als Schweißkonstruktion ist aufwendig und für den Innenhochdruck-Umformprozeß wegen der Schweißnähte nicht unproblematisch.
Aus der DE 3610 481 A1 ist ein weiteres Verfahren zur Herstellung von Rohren mit einer oder mehreren Innenwandverdickungen bekannt, wobei die Verdickungen aus einem zylindrischen Rohr durch spangebende Verfahren und/oder Umformverfahren gefertigt sind. Dabei werden in einem Rohr mit gleicher Wanddicke in einem ersten Schritt durch spangebende Verfahren oder Umformverfahren nach außen oder außen und innen geformte Wandverdickungen hergestellt, die in einem zweiten Schritt vorzugsweise durch Kalthämmern nach innen umgeformt oder ausgeformt werden. Auch dabei handelt es sich um ein vergleichsweise aufwendiges und kostspieliges Verfahren.
Die EP 0 733 540 B1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Hohlprofils für eine Trägerstruktur eines Kraftfahrzeuges durch hydraulisches Aufweiten eines Ausgangsteiles, wobei als Ausgangsteil ein Strangpreßprofil benutzt wird, das im Querschnitt Bereiche mit unterschiedlichen Wanddicken aufweist. Die Wandstärke des Ausgangsteils wird dabei so gewählt, daß das im Innenhochdruck-Umformverfahren hergestellte Hohlprofil an den erforderlichen Stellen die nötige Wanddicke aufweist. Nachteilig daran ist, daß für verschiedene Hohlprofile mit unterschiedlichen Wandstärken jedesmal separate Strangpreßprofile als Ausgangsprodukt hergestellt werden müssen.
Schließlich ist aus der US-A-4 759 111 ein Verfahren zum Formen eines Kastenprofil-Rahmenteils aus zwei ineinander geschobenen Rohren durch Aufweiten des inneren Rohres infolge Innenhochdruck-Umformung bekannt. Als nachteilig ist bei diesem Verfahren ein Stufensprung auf der Oberfläche des erstellten Rahmenteils in Form einer sogenannten Diskontinuität der Oberfläche des erstellten Rahmenteils herauszustellen, welche mit aufwendigen Maßnahmen zu verfüllen ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht demnach darin, ein Verfahren der oben genannten Art bereitzustellen, bei dem die Wanddickenabstufung bei einer absatzfreien äußeren Kontur auf möglichst einfache Art und Weise erreichbar ist.
Aufgabe der Erfindung ist es weiterhin, ein nach besagtem Verfahren hergestelltes Rohr
Diese Aufgaben werden durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 6 gelöst.
Die Lösung besteht darin, daß zunächst ein zusammengesetztes Rohr verwendet wird, indem auf ein Innenrohr mit gleichmäßiger Wanddicke zur Erzeugung des mindestens einen Abschnittes unterschiedlicher Wanddicke mindestens ein äußerer Rohrabschnitt aufgeschoben wird und anschließned das zusammengesetzte Rohr dem Innenhochdruck-Umformprozeß unterworfen wird, so daß die Teile durch den Formgebungsprozeß fest miteinander verbunden werden, wobei erfindungsgemäß mindestens ein Ende eines äußeren Rohrabschnittes im Querschnitt schräg gestaltet wird, so daß nach dem Innenhochdruck-Umformprozeß eine im wesentlichen absatzfreie äußere Kontur des fertigen Bauteils resultiert. Die äußere Kontur bedarf dann keiner Nachbearbeitung, um eventuelle Absätze oder Fügestellen abzuschleifen oder in vergleichbarer Weise nachzubearbeiten.
Es ist also vorgesehen, die Abstufung der Wanddicke durch Übereinanderschieben von Rohrabschnitten zu erreichen. Dieses zusammengesetzte Halbzeug wird dann im IHU-Werkzeug wie gewohnt umgeformt. Beim Umformprozeß wird der Außendurchmesser des inneren Rohres auf das Maß des Außenrohres gebracht, so daß beide Teile durch die Formgebung miteinander verbunden werden. Die Länge des resultierenden Bauteils ergibt sich dabei aus der Länge des Innenrohrs. Der äußere Rohrabschnitt bzw. die äußeren Rohrabschnitte erzeugen die Aufdickung. Dadurch wird erreicht, daß das Druckmedium während des Innenhochdruck-Umformprozesses nicht zwischen die Rohre gelangt und eine gemeinsame Umformung gewährleistet wird.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Zur Erzeugung mehrerer Abschnitte unterschiedlicher Wanddicke können mehrere äußere Rohrabschnitte mit verschiedenen Durchmessern übereinander auf das Innenrohr geschoben werden. Stattdessen können die äußeren Rohrabschnitte partiell übereinandergeschoben werden.
Vor und/oder nach dem Innenhochdruck-Umformprozeß können eine oder mehrere zusätzliche Verbindungen zwischen dem Innenrohr und dem mindestens einen äußeren Rohrabschnitt hergestellt werden, beispielsweise durch Laserschweißen oder andere Fügetechniken. Damit wird gewährleistet, daß das zusammengesetzte Halbzeug im IHU-Werkzeug nicht verrutscht. Diese zuätzlichen Verbindungen können beispielsweise nach dem Umformprozeß dadurch hergestellt werden, daß das resultierende Bauteil mit einem oder mehreren anderen Bauteilen verbunden wird.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1a
eine schematische teilweise geschnittene Darstellung eines zusammengesetzten Rohres aus einem Innenrohr und einem vollständig auf das Innenrohr aufgeschobenen äußeren Rohrabschnitt;
Figur 1b
ein Bauteil aus einem zusammengesetzten Rohr gemäß Figur 1a nach dem Umformprozeß in schematischer Darstellung;
Figur 2a
ein zusammengesetztes Rohr aus einem Innenrohr und mehreren partiell übereinander geschobenen äußeren Rohrabschnitten;
Figur 2b
ein Bauteil aus einem zusammengesetzten Rohr gemäß Figur 2a nach dem Umformen in schematischer Darstellung.
In Figur 1a ist ein zusammengesetztes Rohr 10 dargestellt, welches aus einem Innenrohr 11 und einem äußeren Rohrabschnitt 12 besteht. Das Innenrohr 11 weist dabei die benötigte Bauteillänge auf. Der äußere Rohrabschnitt 12 ist nach Art einer Manschette vollständig über das Innenrohr 11 geschoben, so daß es einen mittleren Bereich 11b überdeckt und die äußeren Bereiche 11a unbedeckt bleiben. An den Außenrändern 13 und 14 des äußeren Rohrabschnittes 12 sind nach innen verlaufende Abschrägungen 15, 16 vorgesehen.
Das Innenrohr 11 und der äußere Rohrabschnitt 12 bestehen beispielsweise aus einem Stahlblech, welches zu einem Rohr geformt und an den Stoßkanten gefügt ist. Das zusammengesetzte Rohr 10 wird in üblicher Weise einem Innenhochdruck-Umformprozeß unterzogen. Das resultierende Bauteil 20 ist in Figur 1b schematisch dargestellt. Das Bauteil 20 besteht aus äußeren Bereichen 21, welche aus dem Innenrohr 11 hervorgingen und dem in Figur 1a bezeichneten Bereich 11a entsprechen und einem verdickten Bereich 22, der aus dem in Figur 1a mit 11b bezeichneten Bereich des Innenrohres und dem äußeren Rohrabschnitt 12 hervorging. Die äußere Kontur des Bauteils 20 weist keinerlei Absätze auf, da die Wand des ehemaligen Innenrohrs sich vollkommen an die schräge Kontur 15, 16 des äußeren Rohrabschnittes 12 angeschmiegt hat. Im resultierenden Bauteil 20 sind die beiden Teile, nämlich das Innenrohr 11 und der äußere Rohrabschnitt 12, durch die Formgebung fest miteinander verbunden. Diese Verbindung kann durch Herstellen weiterer Verbindungspunkte, z. B. durch Laserschweißen oder durch andere Fügetechniken weiter verfestigt werden. Diese Verbindungspunkte können vor oder nach dem Umformprozeß hergestellt werden. Da dann die Verbindungspunkte nach dem Umformprozeß hergestellt, können sie dadurch erzeugt werden, daß das Bauteil 20 mit einem oder mehreren beliebigen weiteren Bauteilen verbunden wird.
In Figur 2a ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines zusammengesetzten Rohres 30 schematisch und teilweise geschnitten dargestellt. Das zusammengesetzte Rohr 30 besteht aus einem Innenrohr 31 und drei äußeren Rohrabschnitten 32, 33, 34, die partiell auf das Innenrohr 31 übereinandergeschoben sind, so daß ein äußerer Bereich 31a des Innenrohrs 31 und die äußeren freien Enden 32a, 33a, 33b der äußeren Rohrabschnitte 32, 33, 34 unbedeckt bleiben. Die äußeren freien Enden 32a 33a und 34a der äußeren Rohrabschnitte 32, 33, 34 weisen wiederum eine nach innen gerichtete Abschrägung 32b, 33b, 34b auf. Das zusammengesetzte Rohr 30 wird einem üblichen Innenhochdruck-Umformprozeß unterworfen.
Das resultierende Bauteil 40 ist schematisch und teilweise geschnitten in Figur 2b dargestellt. Das Bauteil 40 weist einen dünnen Bereich 41 auf, der aus dem äußeren Bereich 31a des Innenrohrs 31 resultiert, sowie stufenweise verdickte Bereiche, nämlich einen einfach verdickten Bereich 42, einen doppelt verdickten Bereich 43 und einen dreifach verdickten Bereich 44. Die verdickten Bereiche 42, 43, 44 ergeben sich aus der Addition der Wanddicken der verschiedenen partiell übereinander geschobenen äußeren Rohrabschnitte 32, 33, 34. Auch hier gewährleistet die Gestaltung der äußeren freien Enden 32a, 33a, 34a der äußeren Rohrabschnitte 32, 33, 34 eine absatzfreie Kontur.
Auch in diesem Fall können vor oder nach dem Umformprozeß weitere Verbindungspunkte zwischen dem Innenrohr 31 und den äußeren Rohrabschnitten 32, 33, 34 hergestellt werden. Diese Teile sind allerdings schon durch die Formgebung fest miteinander verbunden.
BEZUGSZEICHENLISTE
10
Rohr
11
Innenrohr
11a
äußerer Bereich von 11
11 b
mittlerer Bereich von 11
12
äußerer Rohrabschnitt
13
äußeres Ende von 12
14
äußeres Ende von 12
15
Abschrägung
16
Abschrägung
20
Bauteil
21
dünner Bereich von 20
22
verdickter Bereich von 20
30
Rohr
31
Innenrohr
31 a
äußerer Bereich von 31
32
äußerer Rohrabschnitt
32a
freies Ende von 32
32b
Abschrägung an 32a
33
äußerer Rohrabschnitt
33a
freies Ende von 33
33b
Abschrägung an 33a
34
äußerer Rohrabschnitt
34a
freies Ende von 34
34b
Abschrägung an 34a
40
Bauteil
41
dünner Bereich von 40
42
einfach verdickter Bereich von 40
43
zweifach verdickter Bereich von 40
44
dreifach verdickter Bereich von 40

Claims (9)

  1. Verfahren zum Herstellen eines Bauteils (20, 40) mittels Innenhochdruck-Umformen aus einem Rohr mit mindestens einem Abschnitt unterschiedlicher Wanddicke, derart, daß zunächst ein zusammengesetztes Rohr (10, 30) verwendet wird, indem auf ein Innenrohr (11; 31) mit gleichmäßiger Wanddicke zur Erzeugung des mindestens einen Abschnitts unterschiedlicher Wanddicke mindestens ein äußerer Rohrabschnitt (12; 32, 33, 34) aufgeschoben wird und anschließend das zusammengesetzte Rohr dem Innnenhochdruck-Umformprozeß unterworfen wird, so daß die Teile (11, 12; 31, 32, 33, 34) durch den Formgebungsprozeß fest miteinander verbunden werden,
    dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Ende (13, 14; 32a, 33a, 34a) des mindestens einen äußeren Rohrabschnittes (12; 32, 33, 34) im Querschnitt schräg gestaltet wird, so daß nach dem Innenhochdruck-Umformprozeß eine im wesentlichen
    absatzfreie äußere Kontur des Bauteils (20, 40) resultiert.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Rohrabschnitte (12, 32, 33, 34) vollständig oder partiell übereinander geschoben werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung mehrerer Abschnitte unterschiedlicher Wanddicke mehrere äußere Rohrabschnitte (32, 33, 34) mit verschiedenen Durchmessern übereinander auf das Innenrohr (31) geschoben werden.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor und/oder nach dem Fügeprozeß ein oder mehrere zusätzliche Verbindungen zwischen dem Innenrohr (11; 31) und dem mindestens einen äußeren Rohrabschnitt (12; 32, 33, 34) hergestellt werden.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ein oder mehreren zusätzlichen Verbindungen beim Verbinden des aus dem Innenhochdruck-Umformprozesses resultierenden Bauteils (20, 40) mit einem oder mehreren anderen Bauteilen hergestellt wird.
  6. Rohr mit mindestens einem Abschnitt unterschiedlicher Wanddicke, insbesondere zur Verwendung in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei es sich um ein zusammengesetztes Rohr (10, 30) handelt, welches ein Innenrohr (11, 31) mit gleichmäßiger Wanddicke aufweist, auf welches zur Erzeugung des mindestens einen Abschnitts unterschiedlicher Wanddicke mindestens ein äußerer Rohrabschnitt (12; 32, 33, 34) aufgeschoben ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Ende (13, 14; 32a, 33a, 34a) des mindestens einen äußeren Rohrabschnittes (12; 32, 33, 34) im Querschnitt schräg gestaltet ist.
  7. Rohr nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Rohrabschnitte (12; 32, 33, 34) vollständig oder partiell übereinander geschoben sind.
  8. Rohr nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung mehrerer Abschnitte unterschiedlicher Wanddicke mehrere äußere Rohrabschnitte (32, 33, 34) mit verschiedenen Durchmessern übereinander auf das Innenrohr (31) geschoben sind.
  9. Rohr nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß es ein oder mehrere zusätzliche Verbindungen zwischen dem Innenrohr (11, 31) und dem mindestens einen Rohrabschnitt (12; 32, 33, 34) aufweist.
EP99120812A 1998-11-09 1999-10-21 Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mittels Innenhochdruck-Umformen Expired - Lifetime EP1000677B1 (de)

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