EP2446977A1

EP2446977A1 - Verfahren zur Herstellung eines Rohrprofils

Info

Publication number: EP2446977A1
Application number: EP11005966A
Authority: EP
Inventors: Markus Löcker; Rolf Schwarzer; Stefan Arpad Szabo
Original assignee: Kirchhoff Automotive Deutschland GmbH
Current assignee: Kirchhoff Automotive Deutschland GmbH
Priority date: 2010-11-02
Filing date: 2011-07-21
Publication date: 2012-05-02
Anticipated expiration: 2031-07-21
Also published as: EP2446977B1; DE102010050248B4; DE102010050248A1

Abstract

Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Rohrprofils als Querträger für eine Verbundlenkerachse eines Kraftfahrzeugs, bei welchem ein Rohr aus einem lufthärtenden Stahl in einem ersten Verfahrensschritt austenitisiert wird, in einem zweiten Verfahrensschritt unter Beibehalt der Enden mit kreisrundem Querschnitt der mittlere Bereich einstufig oder zweistufig mittels eines Werkzeugober- und -unterteils zu einem U-förmigen Querschnitt warm umgeformt wird, wobei die Übergangsbereiche zwischen den kreisrunden Enden und dem mittleren Bereich kontinuierlich vom kreisrunden zum U-förmigen Querschnitt übergehend ohne Werkzeugkontakt oder nur mit unterseitigen, einseitigem Werkzeugkontakt umgeformt werden.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Rohrprofils

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Rohrprofils als Querträger für die Verbundlenkerachse eines Kraftfahrzeuges.

Rohrprofile als Querträger für

Verbundlenkerachsen sind im Stand der Technik bekannt. Es wird dazu beispielsweise auf die EP 0 752 332 A 1 verwiesen. Ein solches bekanntes Rohrprofil weist an beiden Enden kreisrunde rohrförmige Abschnitte auf. Im mittleren Längenbereich ist durch Umformung ein doppelwandiger U-förmiger Rinnenabschnitt gebildet. Die Übergangsbereiche zwischen den kreisrunden Enden und dem U-förmigen Mittelteil gehen kontinuierlich von kreisrunden zum U-förmigen Querschnitt über. Dabei kann zusätzlich noch in den Endbereichen zwischen den Übergangsbereichen und dem U-förmigen Längenbereich eine nach innen oder außen gerichtete Einprägung vorgesehen sein.
Ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Rohrprofils ist in der EP 1 577 404 B 1 beschrieben. Bei dem bekannten Verfahren wird ein Rohr aus Einsatzstahl zunächst kalt verformt und anschließend einer Warmbehandlung unterzogen, wobei nach der Warmbehandlung eine Abschreckung und eine Oberflächenverfestigung erfolgt. Ausgehend von diesem bekannten Verfahren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein alternatives Verfahren zur Herstellung solcher Rohrprofile zu schaffen, welches zudem besonders kostengünstig durchgeführt werden kann und einfach zu handhaben ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Rohrprofils als Querträger für eine Verbundlenkerachse eines Kraftfahrzeuges vor, bei welchem ein Rohr aus einem lufthärtenden Stahl in einem ersten Verfahrensschritt austenitisiert wird, in einem zweiten Verfahrensschritt unter Beibehalt der Enden mit kreisrundem Querschnitt der mittlere Bereich einstufig oder zweistufig mittels eines Werkzeugober- und -unterteils zu einem U-förmigen Querschnitt warm umgeformt wird, wobei die Übergangsbereiche zwischen den kreisrunden Enden und dem mittleren Bereich kontinuierlich vom kreisrunden zum U-förmigen Querschnitt übergehend ohne Werkzeugkontakt oder nur mit unterseitigen, einseitigem Werkzeugkontakt umgeformt werden.
Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass die bei der Umformung des mittleren Bereiches gebildeten Ohren an den Rändern des U-förmigen Querschnitts während der Umformung frei von Berührung des Werkzeugober- und -unterteils gehalten werden. Auch ist unter Umständen bevorzugt, dass an die Warmumformung anschließend oder gleichzeitig mit der Warumumformung im mittleren Bereich eine Presshärtung durch Kühlung des Werkzeugober- und -unterteils erfolgt.
Insbesondere ist bevorzugt vorgesehen, dass das umgeformte Rohrprofil im Anschluss an den Umformschritt an Luft auf Raumtemperatur abgekühlt wird.
Schließlich kann auch vorgesehen sein, dass das umgeformte Rohrprofil im Anschluss an den Umformschritt mit Wassernebel abgekühlt wird.
Gemäß der Erfindung hat das mittels Warmumformen, gegebenenfalls Presshärten und anschließendem Abkühlen und gleichzeitigem Selbstanlassen an Luft und/oder mit Wassernebel zu fertigende Rohrprofil an seinen Enden jeweils kreisrunden Querschnitt. Durch die Warmumformung im Werkzeug in einem ein- oder zweistufigen Prozess mittels eines Werkzeugoberteils und Werkzeugunterteils wird im mittleren Bereich ein U-förmiger Querschnitt erzeugt. Das Werkzeugunterteil unterstützt dabei das Rohrstück lediglich in dem umzuformenden mittleren Bereich, während das Werkzeugoberteil ebenfalls nur in dem mittleren Bereich vorgesehen ist und auf das Rohrstück einwirkt. Beispielsweise kann das Werkzeugunterteil wannenförmig entsprechend der Sollkontur des fertigen Rohrabschnittes im mittleren Bereich ausgebildet sein, während das Werkzeugoberteil ein rinnenförmiger Stempel ist, der die Kontur des zu erzeugenden Mittelbereiches des Rohrstückes hat.
Die Übergänge zwischen dem kreisrunden Querschnitt an den Enden und dem U-förmigen Querschnitt im Mittelbereich gehen kontinuierlich vom einen in den anderen Querschnitt über. Aufgrund der Warmumformung und dem direkten Kontakt des Werkzeugoberteils und Werkzeugunterteils im mittleren U-förmigen Querschnitt und die dadurch höheren Abkühlraten sowie die daraus resultierenden niedrigeren Temperaturen am Rohrprofil, werden in diesem Bereich höhere Festigkeiten von mindestens 800 MPa vorzugsweise 1000 MPa erreicht als im Bereich der Ohren an den Rändern des U-förmigen Querschnitts. Dies trifft auch für die kreisrunden Querschnitte an den Enden zu. Auch hier wird eine Festigkeit von mindestens 800 MPa vorzugsweise 1000 MPa erreicht, da zur Unterstützung der Formgebung jeweils ein Dorn an den Rohrenden in das Rohr eingeführt wird und die Rohrenden von innen stützt. Auch hier wird durch den direkten Kontakt der Dorne mit den Rohrenden der beschriebene Effekt erreicht.
Im Übergangsbereich zwischen den Enden und dem U-förmigen Mittelbereich werden aufgrund des einseitigen Werkzeugkontaktes lediglich eines Werkzeugunterteils oder durch fehlenden Kontakt mit einem Werkzeugober- oder -unterteil niedrigere Abkühlraten erreicht. Dies führt zu einer gewollten Minimierung der Festigkeit im Übergangsbereich auf etwa 500 MPa bis 800 MPa.
Im Bereich der Ohren an den Rändern des U-förmigen Querschnittes werden nach dem Lufthärten Festigkeiten von ca. 500 MPa bis 700 MPa erreicht. Die erzeugten Festigkeiten sollen die Zähigkeit erhöhen und dadurch die Dauerfestigkeit steigern.
Als lufthärtende Stahlqualitäten kommen vorzugsweise weltweit verfügbare Stahlsorten wie LH800/900 und
MW 1000L zum Einsatz. Einzelheiten dieser Stähle sind beispielsweise dem Werkstoffblatt "lufthärtbarer Vergütungsstahl", in warm- und kaltgewalzter Ausführung, Ausgabe November 2006 (Erstausgabe) der Salzgitter Flachstahl AG zu entnehmen beziehungsweise dem Werkstoffblatt 049 R, Ausgabe Januar 2009, der Salzgitter Mannesmann Präzision.
Die Abkühlung des umgeformten Rohrprofils kann in einfachster Form an Luft auf Raumtemperatur erfolgen. Die Abkühlung kann aber auch schon im Umformwerkzeug und anschließend weiter an Luft erfolgen oder aber die Abkühlung kann durch einen Wassernebel beschleunigt werden.
Der besondere Effekt bei der Umformung ist, dass in den Bereichen, in denen ein direkter Kontakt mit Werkzeugteilen oder dergleichen erfolgt, eine höhere Festigkeit zu erzielen ist, während in Bereichen, in denen kein direkter Kontakt mit Werkzeugen oder Werkzeugteilen besteht, eine höhere Duktilität beim nachträglichen Anlassen erreicht wird.
Unter Umständen kann vorgesehen sein, dass das Material des Rohrprofils vor der Austenitisierung korrosionshindernd beschichtet wird.
Sofern das Rohrprofil vor der Austenitisierung beispielsweise verzinkt ist oder mit einer Aluminiumsiliziumbeschichtung versehen ist oder allgemein mit einer Korrosionsschutzbeschichtung,
so kann die Umformung des Rohrprofiles direkt ohne Schutzgas erfolgen.
Unter Umständen kann aber auch vorgesehen sein, dass die Austenitisierung und die Warmumformung unter Schutzgasatmosphäre vorgenommen wird.
Hierbei kann ein Rohrprofil aus geeignetem lufthärtendem Stahl eingesetzt werden, welches nicht korrosionsbeschichtet ist. Durch die Schutzgasatmosphäre wird der Zutritt von Sauerstoff verhindert und somit eine ungewünschte Oxidation oder Verzunderung des Materials vermieden.
Zudem ist vorgesehen, dass das Rohrprofil auf 930 ^o C erwärmt und über mehrere Minuten auf dieser Temperatur gehalten wird, bevor die Warmumformung unmittelbar anschließend durchgeführt wird.
Die Erwärmung des Rohrprofiles auf Austenitisierungstemperatur kann beispielsweise in einem Ofen oder Durchlaufofen, oder auch konduktiv oder induktiv erfolgen.
Beispielsweise kann die Wärmebehandlung zum Zwecke der Austenitisierung bei 930 ° C unter Stickstoffatmosphäre erfolgen, wobei die Wärmebehandlung über mindestens dreizehn Minuten erfolgt, so dass die gewünschte Bauteiltemperatur erreicht wird. Über eine abgedichtete Entnahme und Zuführung wird das erhitzte Werkstück der zweistufigen Warmumformung zugeführt, die eine definierte Werkstofftemperatur vor jedem Umformvorgang erreicht und bei der eine partielle Abkühlung des Bauteiles im Werkzeug erfolgt. Durch die Schutzgasatmosphäre wird die Zunderbildung vermieden. Bei der Endabkühlung, vorzugsweise an Freiluft, auf Raumtemperatur wird eine höhere Duktilität in den Radien und Übergängen durch niedrigere Abkühlraten erreicht.
Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass das umgeformte Rohrprofil nach der Abkühlung gestrahlt wird.
Dabei kann vorgesehen sein, dass das umgeformte Rohrprofil mit Glasperlen, Trockeneis oder Kugeln, insbesondere Stahlkugeln oder Körnern, gestrahlt wird.
Durch die entsprechende Strahlbehandlung wird Restzunder entfernt und eine
Oberflächenverdichtung erreicht. Anschließend kann eine Beschichtung im KTL-Verfahren erfolgen.
Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Rohrprofil als Querträger für eine Verbundlenkerachse eines Kraftfahrzeugs, bestehend aus einem Rohrprofil mit an den beiden Enden kreisförmigem Querschnitt, einem mittleren doppelwandigen U-förmigen Bereich und Übergangsabschnitten die von den kreisförmigen Enden kontinuierlich in den U-förmigen Bereich übergehen.
Um ein für die angegebenen Zwecke besonders geeignetes Rohrprofil zur Verfügung zu stellen, schlägt die Erfindung vor, dass das Rohrprofil aus lufthärtendem Stahl besteht, an den beiden Enden eine Ringzone (a) mit einer Festigkeit von mehr als 800 MPa vorzugsweise mehr als 1000 MPa aufweist, im Übergangsbereich (b) zwischen den Enden (a) und dem U-förmigen Bereich (c) eine Festigkeit von mindestens 500 MPa bis höchstens 800 MPa aufweist, im U-förmigen Bereich (c) eine Festigkeit von mindestens 800 MPa, vorzugsweise mindestens 1000 MPa aufweist, und im Bereich der ohrförmigen Ränder des
U-förmigen Bereichs (c) eine Festigkeit von 550 bis
750 MPa aufweist.
Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Rohrprofil nach Anspruch 11, hergestellt nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10.
In der Zeichnung ist ein fertiges Rohrprofil erfindungsgemäßer Art gezeigt und nachstehend näher erläutert. Es zeigt:

Figur 1: ein erfindungsgemäßes Rohrprofil In Seitenansicht;
Figur I: das Profil gemäß Figur 1 im Schnitt I/I der Figur 1 gesehen;
Figur II: desgleichen im Schnitt II/II der Figur 1 gesehen;
Figur III: desgleichen im Schnitt III/III der Figur 1 gesehen;
Figur IV: desgleichen im Schnitt IV/IV der Figur 1 gesehen.

Die Zeichnungsfiguren zeigen ein fertiges Rohrprofil, welches nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist.
Wie in Figur 1 ersichtlich, weist das Rohrprofil an seinen beiden Enden kreisförmige Abschnitte 1 auf. Der Bereich, über den sich diese kreisförmigen Abschnitte erstrecken, ist mit a bezeichnet. An diesen Bereich a schließt sich ein weiterer Bereich b an. Dieser Bereich b ist ein Übergangsabschnitt, der kontinuierlich von dem Abschnitt a in den U-förmigen Mittelbereich c übergeht. Durch die erfindungsgemäße Verfahrensweise wird ein Rohrprofil der gezeigten Art erzeugt, wobei die Festigkeit R m im Bereich a mindestens 1000 MPa beträgt. In dem Bereich b beträgt die Festigkeit R m mindestens 600 MPa. Ebenso beträgt die Festigkeit im Bereich der Ohren 3a mindestens 600 MPa, während die Festigkeit in dem mittleren doppelwandigen U-förmigen Bereich c mit Ausnahme der Ohren 3a eine Festigkeit von mindestens 1000 MPa aufweist.
Die Erfindung ist nicht auf das Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern im Rahmen der Gesamt-Offenbarung vielfach variabel.
Alle neuen, in der Beschreibung und/oder Zeichnung offenbarten Einzel- und Kombinationsmerkmale werden als erfindungswesentlich angesehen.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Rohrprofils als Querträger für eine Verbundlenkerachse eines Kraftfahrzeugs, bei welchem ein Rohr aus einem lufthärtenden Stahl in einem ersten Verfahrensschritt austenitisiert wird, in einem zweiten Verfahrensschritt unter Beibehalt der Enden mit kreisrundem Querschnitt der mittlere Bereich einstufig oder zweistufig mittels eines Werkzeugober- und ―unterteils zu einem U-förmigen Querschnitt warm umgeformt wird, wobei die Übergangsbereiche zwischen den kreisrunden Enden und dem mittleren Bereich kontinuierlich vom kreisrunden zum U-förmigen Querschnitt übergehend ohne Werkzeugkontakt oder nur mit unterseitigen, einseitigem Werkzeugkontakt umgeformt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die bei der Umformung des mittleren Bereiches gebildeten Ohren an den Rändern des U-förmigen Querschnitts während der Umformung frei von Berührung des Werkzeugober-und -unterteils gehalten werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an die Warmumformung anschließend oder gleichzeitig mit der Warumumformung im mittleren Bereich eine Presshärtung durch Kühlung des Werkzeugober-und -unterteils erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das umgeformte Rohrprofil im Anschluss an den Umformschnitt an Luft auf Raumtemperatur abgekühlt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das umgeformte Rohrprofil im Anschluss an den Umformschritt mit Wassernebel abgekühlt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Rohrprofils vor der Austenitisierung korrosionshindernd beschichtet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Austenitisierung und die Warmumformung unter Schutzgasatmosphäre vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrprofil auf etwa 930 ° C erwärmt und über mehrere Minuten auf dieser Temperatur gehalten wird, bevor die Warmumformung unmittelbar anschließend durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das umgeformte Rohrprofil nach der Abkühlung gestrahlt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das umgeformte Rohrprofil mit Glasperlen, Trockeneis oder Kugeln, insbesondere Stahlkugeln oder Körnern, gestrahlt wird.
Rohrprofil als Querträger für eine Verbundlenkerachse eines Kraftfahrzeugs, bestehend aus einem Rohrprofil mit an den beiden Enden kreisförmigem Querschnitt (1), einem mittleren doppelwandigen U-förmigen Bereich (2,3) und Übergangsabschnitten die von den kreisförmigen Enden (1) kontinuierlich in den U―förmigen Bereich (2,3) übergehen, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrprofil aus lufthärtendem Stahl besteht, an den beiden Enden eine Ringzone (a) mit einer Festigkeit von mehr als 800 MPa vorzugsweise von mehr als 1000 MPa aufweist, im Übergangsbereich (b) zwischen den Enden (a) und dem U-förmigen Bereich (c) eine Festigkeit von mindestens 500 MPa bis höchstens 800 MPa aufweist, im U-förmigen Bereich (c) eine Festigkeit von mindestens 800 MPa vorzugsweise 1000 MPa aufweist, und im Bereich der ohrförmigen Ränder (3a) des U-förmigen Bereichs (c) eine Festigkeit von 550 bis 750 MPa aufweist.
Rohrprofil nach Anspruch 11, hergestellt nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10.