EP3450041B1 - Verfahren zur herstellung eines rohrförmigen hohlkörpers aus einer zugeschnittenen metallischen platine und fahrwerks- oder karosseriebauteil mit einem nach dem verfahren hergestellten hohlkörper - Google Patents
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- EP3450041B1 EP3450041B1 EP17188318.4A EP17188318A EP3450041B1 EP 3450041 B1 EP3450041 B1 EP 3450041B1 EP 17188318 A EP17188318 A EP 17188318A EP 3450041 B1 EP3450041 B1 EP 3450041B1
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- B21D47/04—Making rigid structural elements or units, e.g. honeycomb structures composite sheet metal profiles
Definitions
- the invention relates to a method for producing a tubular arc-shaped hollow body from a cut metal blank, in which the hollow body is produced from the blank using U-O forming, so that the hollow body has a slot or edge joint along two abutting edges after the U-O forming of the blank has the formed board.
- Tubular, in particular tubular, hollow bodies made of metallic material are nowadays often used in motor vehicle construction, for example as components of rear axle carriers and front and rear subframes.
- a well-known method for producing complex-shaped tubular bodies is what is known as hydroforming (internal high-pressure forming).
- the tubular body to be produced is formed from a tube using a liquid active medium (usually a water-oil emulsion) by applying internal pressure.
- the pressures required for this forming process can be up to several thousand bars and are essentially dependent on the material to be formed, the material thickness and the smallest radii to be formed.
- This hydraulic forming process requires technically complex and expensive tools, the use of which is often not worthwhile for reasons of amortization or results in a high unit price for the parts to be manufactured.
- From the DE 100 62 836 A1 discloses a method for manufacturing a bent tubular hollow body, wherein the hollow body along its length has round and square shaped areas and follows vertical and/or horizontal bends along its length in the axial direction.
- a sheet metal blank is first punched, with the sheet metal blank being chosen such that its width has a certain oversize compared to the dimensions of the theoretical development of the finished hollow body.
- the metal blank is then pre-bent in a bending device designed as a die, in that the side areas of the metal blank are raised to form a U-shape.
- the upper part of the raised sides of the workpiece is then bent into an inwardly inclined position in the areas of the hollow body that are to be formed into squares, while the ends of the raised sides are rounded inwards in the round areas of the hollow body that are to be formed.
- the workpiece pre-bent in this way is then pressed into its final shape in a pressing tool, in that the sloping and rounded side areas of the sheet metal blank are joined under pressure without gaps at the seam point running in the longitudinal direction of the hollow body. If necessary, the hollow body is welded at the seam.
- Components that have one or more complex-shaped tubular body such.
- B. rear axle and front or rear subframes of motor vehicles are usually provided with reinforcements and / or cross members that are welded to the outside of the tubular body.
- design specifications must be taken into account so that weight specifications are not exceeded and/or the required installation space is not lost.
- the EP 2 025 424 A1 discloses a method for producing a tubular support profile for an instrument panel of a motor vehicle.
- a sheet metal blank is placed in a forming tool, pressed by a stamp into a U-shaped recess in a lower tool and formed into a U-profile in a first forming step.
- the U-profile becomes one between an upper tool and a lower tool Shaped slotted tube.
- the longitudinal edges are joined by joining.
- the method is characterized in that the U-profile is provided with connecting elements in the lower tool. It is optionally provided that sections with different cross-sectional configurations are formed on the support profile.
- the U.S. 2006/0075920 A1 discloses a method for producing a structural component, in which first a plate made of sheet steel is formed into a shell with a U-shaped cross section, whereupon at least one transverse bulkhead or longitudinal bulkhead is introduced into the shell and fixed in position. The edge areas of the shell lying next to the free edges are then bent around the transverse bulkhead or longitudinal bulkhead to form a tubular or box-shaped longitudinal section and the edges are then welded at least in sections. Beads, embossing and/or openings can be provided in the transverse bulkheads and/or the longitudinal bulkheads.
- the EP 0 888 835 A1 discloses a method for producing a shaped metal part, in which the shaped metal part is manufactured in several successive forming steps by bending, pressing and/or deep-drawing from a flat sheet metal blank, the metal sheet having a plurality of essentially parallel bending lines and has a channel-shaped profile or partial profile in a cross-section perpendicular to the bending lines.
- the channel-shaped profile or partial profile is reinforced with at least one reinforcement plate, which is inserted into the profile or partial profile essentially perpendicularly to the bending lines and rigidly attached to the metal sheet before the formed metal part is completed by further forming steps carried out on the metal sheet.
- the stiffening plates can have at least one through-opening or an open-edged recess.
- the U.S. 2006/0016078 A1 which forms the basis for the preamble of claim 1, discloses a method of manufacturing a structural component for a motor vehicle, in which an intermediate structural member is formed from a sheet metal blank and defines a channel extending along at least part of its length. A support member is placed within the channel-shaped intermediate structural member and secured to the intermediate structural member by welding. A second molding operation is then performed on the intermediate structural member containing the support member so as to partially enclose and further secure the support member therein. The finished structural component or the intermediate structural element containing the support element can be formed into an arcuate component.
- the present invention is based on the object of creating a method for producing a tubular arc-shaped hollow body of the type mentioned at the outset, with which such hollow bodies for weight-optimized and/or space-optimized chassis and body components can be produced economically.
- the arrangement according to the invention of one or more reinforcing elements in the tubular hollow body allows chassis and body components that are weight-optimized and/or space-optimized to be produced economically with such a hollow body.
- the at least one reinforcement element is preferably arranged on the inside at a specific point of the at least partially U-shaped section of the workpiece and is materially connected to it, so that a peak load on a section of the finished chassis and body component that is relevant to strength, e.g. on a connecting section, on which the tubular hollow body is connected to another component of the component is significantly reduced. Due to the inner partial reinforcement of the tubular hollow body, it and/or a component connected to it can be designed to be lighter.
- the inner partial reinforcement of the tubular hollow body enables a reduction in the sheet metal thickness of the metal blank (sheet metal blank) used to produce the tubular hollow body.
- external reinforcement or stiffening elements of the chassis or body component can sometimes be omitted due to the inner partial reinforcement of the tubular hollow body, whereby the overall weight of the chassis or body component can be reduced and installation space for other vehicle units, e.g. vehicle drive components, can be gained.
- An advantageous embodiment of the method according to the invention provides that the butt edges of the tubular hollow body defining the slot or edge joint are connected to one another by welding, preferably metal active gas welding (MAG welding) or laser beam welding.
- MAG welding metal active gas welding
- the dimensional stability of the hollow body is improved by welding the abutting edges of the tubular hollow body.
- the interior of the hollow body can be protected from the ingress of moisture by a continuous weld seam along the abutting edges.
- MAG welding which is preferably used to connect the butt edges, enables high welding speeds even with curved butt edges.
- the welding speed can be at least 10 m/min, preferably at least 15 m/min.
- the welding wire (filler wire) fed to the welding point during MAG welding melts there in the arc or in the weld pool.
- the slot delimited by the butt edges to be welded can be reliably filled with the melting additional material of the welding wire.
- Laser beam welding which can be used as an alternative to connecting the abutting edges, is also characterized by high welding speeds and the ability to produce complicated seam geometries. Due to the precise, very concentrated energy input, there is little heat influence during laser beam welding and consequently only very little thermal distortion of the workpiece is to be expected. With a corresponding configuration of the method according to the invention, the laser beam welding is preferably also carried out using welding wire (filler wire).
- the filler wire can have essentially the same material composition as the blank from which the tubular hollow body is formed.
- the filler wire can also contain one or more strength-increasing alloy components, such as manganese, nickel and/or carbon.
- the active gas can also contain oxygen and/or helium as a mixed gas.
- Argon or an argon-rich mixed gas with up to 25% by volume of carbon dioxide and/or up to about 5% by volume of oxygen and/or about 20-30% by volume of helium is preferably used as the active gas (protective gas).
- argon or helium or carbon dioxide or a mixture of at least two of these gas components is preferably used as the protective gas.
- the tubular arc-shaped hollow body can also be referred to as a bent tubular hollow body. It follows vertical and/or horizontal bends along its length in the axial direction. With a correspondingly designed tubular hollow body, chassis and body components that are weight-optimized and space-optimized can be produced very advantageously.
- the invention provides that the bending of the blank is carried out in such a way that the blank, which is at least partially U-shaped, defines a channel whose elongated channel base line is convex at least in sections. If necessary, a concave channel section can adjoin the convex section of the channel.
- the at least one reinforcement element is inserted at least into the convex channel section and is bonded to it on the inside, preferably welded. On the part of the applicant it was found that this results in a made from a metal plate bent tubular hollow body, whose slit or edge joint is convex, can be reliably produced by UO-forming.
- the at least one reinforcement element is designed as a plate-shaped or disk-shaped reinforcement element.
- a reinforcement element can be produced inexpensively, for example by being stamped out of sheet metal.
- the plate- or disc-shaped design of the reinforcement element makes it possible to achieve a considerable increase in stability, in particular an increase in flexural rigidity, with a relatively low weight of the reinforcement element.
- weight reduction it is advantageous for the plate-shaped or disk-shaped reinforcement element to be a ring-shaped reinforcement element. In this way, a weight reduction can be achieved, with the reinforcing effect nevertheless remaining high.
- the ring-shaped reinforcing element has at least one cross brace and/or a collar. This increases the dimensional stability of the reinforcement element. Accordingly, the plate thickness (sheet metal thickness) of the ring-shaped reinforcement element can be reduced and thus material and weight can be saved.
- the at least one reinforcement element is designed in such a way that the tubular hollow body, viewed in cross section, rests completely along its inner contour on the outer peripheral contour of the reinforcement element. This gives the tubular hollow body optimal radial dimensional stability.
- the at least one reinforcement element can also be designed in such a way that the tubular Viewed in cross section, the hollow body partially rests against the outer peripheral contour of the reinforcing element along its inner contour.
- the peripheral contour of the reinforcing element arranged in the tubular hollow body and the adjacent inner contour of the tubular hollow body thus delimit at least one through-opening.
- this configuration promotes a weight reduction of the tubular hollow body, since the reinforcing element arranged therein is significantly smaller and correspondingly lighter in this case compared to a reinforcing element whose peripheral contour rests essentially completely on the inner contour of the tubular hollow body.
- the at least one reinforcement element delimits a through-opening with the inside of the hollow body, which is located in the region of the slot or edge joint.
- a further advantageous embodiment of the invention provides that at least two reinforcement elements of the type mentioned are inserted into the at least partially U-shaped section of the formed blank and are integrally connected to the same on the inside, preferably welded.
- This configuration favors a reliable and weight-optimized design of bent tubular hollow bodies by means of U-O-shaping of a metal blank if the slot or edge joint of the formed blank runs along a convexly curved section of the tubular hollow body (tubular body).
- three reinforcement elements of the type mentioned can be inserted into an at least partially U-shaped and S-shaped section of the blank as a workpiece and welded to the formed section on the inside, with one of the reinforcement elements in a first, essentially straight channel section of the formed workpiece second the Reinforcing elements are arranged in a transition area between a convexly curved and a concavely curved channel section of the formed workpiece and the third of the reinforcing elements are arranged in a second substantially straight channel section of the formed workpiece.
- the at least two reinforcement elements are designed differently; in particular, they can have different outer peripheral contours. This configuration favors the weight-optimized production of a complex-shaped tubular body by U-O-shaping a metal plate.
- a further embodiment of the invention provides that after the insertion of the at least one reinforcement element and before the integral connection, preferably welding, of the reinforcement element to the at least partially U-shaped formed section of the blank, the formed section is calibrated. This further improves the reliability of the subsequent forming of the at least partially U-shaped preformed workpiece into a tubular cross section.
- the invention relates to a chassis or body component with a tubular, preferably tubular, hollow body produced by the method according to the invention.
- the torsion beam rear axle 1 shows a section of a torsion beam rear axle 1 as an example of a chassis component of a motor vehicle.
- the torsion beam rear axle 1 has a left control arm 1.1 and a right control arm (not shown), which are firmly connected to one another by a cross member 1.2 that can be subjected to torsion loads.
- Both the cross member 1.2 and the link arms 1.1 are designed as tubular hollow bodies.
- Shell-shaped bracket plates 1.3 and cross braces 1.4 are welded to the link arms 1.1 and the cross member 1.2.
- the bracket sheet 1.3 is used to store and support a chassis spring and a shock absorber (not shown).
- the respective link arm 1.1 has a joint bush (bearing bush) 1.5 at one of its ends and a connecting flange 1.6 at the other end for fastening a rear wheel bearing.
- the link arm 1.1 is designed as a tubular arc-shaped hollow body. It is made from a sheet metal blank, preferably sheet steel blank, by RO forming.
- an auxiliary frame 2 is shown as a further example of a chassis component of a motor vehicle.
- the auxiliary frame 2 is used in particular for the articulated mounting of wishbones (not shown) to be connected to the rear wheel carriers. It has two lateral side members (longitudinal members) 2.1 that run essentially longitudinally to the longitudinal center axis of the vehicle and are firmly connected to a front cross member 2.2 and a rear cross member 2.3.
- the front cross member 2.2 and the side members 2.1 of the rear axle subframe 2 are tubular Formed hollow body, in particular the cross member has 2.2 arcuate sections.
- the side beams 2.1 and/or the cross beam 2.2 are made from sheet metal blanks, preferably sheet steel blanks, by UO forming.
- a conventional process for producing a bent tubular body using RO forming is in 3 sketched.
- the conventional manufacturing process comprises at least four work steps (OP10, OP30, OP50, OP70).
- a sheet metal blank that is essentially flat and cut to fit to achieve the finished tubular body 5 is partially formed into a U-shape (OP10).
- the sheet metal blank is formed in such a way that after this forming step (OP10), as in 3 shown top left and bottom left, a channel 3 is defined, the elongated or axial channel base line is arcuate. In 3 the bottom line of the channel is concave.
- the workpiece (sheet metal blank) 4 formed in this way has two side sections (legs) 4.1 running parallel to one another, which adjoin the channel-shaped section 4.2 laterally and are bent in accordance with the channel base line. Viewed in cross section, the side sections (legs) 4.1 initially protrude in opposite directions from the channel-shaped section 4.2 of the workpiece 4.
- a subsequent forming step (work step) OP30 the side sections 4.1 are raised, i.e. bent upwards, so that the workpiece 4 then has a U-shaped profile overall when viewed in cross section.
- a further work step (OP50) the raised side sections 4.1 of the workpiece 4 are then formed in such a way that their longitudinal edges 4.3 are moved towards one another and define a slot or edge joint 4.4.
- This work step can also be referred to as O-forming.
- the workpiece 4 now has a tubular cross section.
- the two longitudinal edges (butt edges) 4.3 are then welded together (OP70), so that the Slit or edge joint 4.4 is preferably completely closed.
- 4.5 denotes the weld seam on the edge joint 4.4.
- the method according to the invention differs from that in 3 outlined the conventional process in that after the work process (OP10 and OP30), in which the blank (workpiece 4) is at least partially U-shaped, at least one reinforcement element 6 is inserted into the at least partially U-shaped section 4.2 of the workpiece 4 and internally connected to the same cohesively, preferably welded. At least one further operation (OP50) is then carried out, in which the workpiece 4, which has been formed in a U-shape viewed in cross section, is formed into a hollow body 5 in the form of a tubular arc.
- the at least one reinforcement element 6 can be ring-shaped, for example, in particular ring-shaped. Further exemplary embodiments of the at least one reinforcement element 6 are shown in FIGS Figures 5 to 8 sketched.
- the reinforcing element 6 is designed in such a way that in the finished state of the tubular hollow body 5 it is materially bonded to the inner contour of the hollow body 5, for example along at least 30%, preferably at least 40%, particularly preferably at least 50% of its outer contour is connected or it is at least touching.
- the at least one reinforcement element 6 is preferably inserted into the U-shaped and thus channel-shaped section 4.2 of the workpiece 4 and bonded to the same on the inside after the laterally protruding side sections 4.1 adjoining the channel-shaped section 4.2 have been raised, i.e. bent upwards .
- the at least one reinforcement element 6 is already integrated into the channel-shaped section 4.2 of the workpiece 4 to be used and bonded to the inside with the same before the laterally protruding side sections 4.1 are bent upwards.
- the work piece 4 is further formed into a tubular hollow body (tube body) 5 .
- the two longitudinal edges (butt edges) 4.3 of the workpiece 4 are then welded together so that the slot or edge joint 4.4 is preferably completely closed by the weld seam 4.5.
- the reinforcing element 6 is designed or dimensioned in such a way that after the O-shaping of the workpiece 4, which is U-shaped when viewed in cross section, in which the workpiece 4 is shaped into a tubular cross section, it is connected to the inside of the hollow body (tubular body) 5 a through-opening 7 which is located in the area of the slot or edge joint 4.4.
- the shaped workpiece 4 is preferably subjected to an additional calibration process.
- the integral connection of the reinforcement element 6 ′ to the inside of the workpiece 4 can be embodied as a single continuous connection or weld seam 8 or can comprise a plurality of connection or weld seams.
- the outer contour of the reinforcement element 6 ′ is welded to the abutting edges 4.3 of the tubular workpiece 4 that face one another.
- FIGS Figures 5a and 5b outlined variant of the method according to the invention can be produced.
- the reinforcement element can be designed, for example, in the form of an annular sheet metal disc 6', which has a peripheral collar 6.3 at its through-opening 6.2 ( Figure 7c ).
- the passage opening 6.2 is circular.
- the reinforcing element 6' shown is dimensioned such that after the O-shaping of the U-shaped workpiece 4 viewed in cross section, the tubular hollow body 5 rests completely along its inner contour against the outer peripheral contour 6.1 of the reinforcing element 6'.
- the in the Figures 7e and 7f The reinforcement elements 6 shown are dimensioned such that after the O-shaping of the workpiece 4, which is U-shaped when viewed in cross section, the tubular hollow body 5 only partially rests along its inner contour on the outer peripheral contour 6.1 of the reinforcement element 6, with the reinforcement element 6 being connected to the inside of the hollow body 5 delimits a through opening 7, which is in the area of the slot or edge joint 4.4 (cf. 4 ).
- the tubular body 5 produced by the method according to the invention using UO-shaping can also be produced in particular by forming a groove 3 in the cut sheet metal blank, the longitudinal or axial groove base of which is convex or both convex and concave.
- a groove 3 in the cut sheet metal blank, the longitudinal or axial groove base of which is convex or both convex and concave.
- 8 such an arcuate tubular body 5' is shown as an example.
- the reinforcement elements 6' are positioned in such a way that a first reinforcement element 6' is arranged in a first, essentially straight section of the formed workpiece 4, a second reinforcement element 6' is arranged in a transition region between the convexly curved and the concavely curved channel section, and the third reinforcement element 6 ′ is arranged in a second, essentially straight channel section of the formed workpiece 4 .
- the first and the third reinforcement element 6' are preferably arranged at a very small distance from the convex or concave channel section.
- the reinforcement elements 6, 6′ inserted into the channel-shaped or U-shaped workpiece 4 can be designed differently, preferably have different outer peripheral contours.
- at least two different reinforcement elements 6, 6 'in the Figures 7c, 7e and 7f shown Reinforcement elements 6, 6' are inserted into the trough-shaped or U-shaped workpiece 4 and welded to the trough-shaped or U-shaped workpiece 4 on the inside before the workpiece 4 is O-shaped.
- the at least one reinforcement element 6 is preferably arranged in the curved, tubular control arm 1.1 in the area of the connected cross member 1.2 or in the curved, tubular cross member 2.2 in the area of the connected side member 2.1.
Landscapes
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- Mechanical Engineering (AREA)
- Vehicle Body Suspensions (AREA)
- Butt Welding And Welding Of Specific Article (AREA)
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines rohrbogenförmigen Hohlkörpers aus einer zugeschnittenen metallischen Platine, bei welchem der Hohlkörper aus der Platine unter Anwendung einer U-O-Umformung hergestellt wird, so dass der Hohlkörper nach der U-O-Umformung der Platine einen Schlitz oder Kantenstoß entlang zweier Stoßkanten der umgeformten Platine aufweist.
- Derartige Verfahren sind bekannt (siehe z. B.
EP 2 616 197 B1 ). - Rohrförmige, insbesondere rohrbogenförmige Hohlkörper aus metallischem Werkstoff werden heutzutage vielfach im Kraftfahrzeugbau verwendet, beispielsweise als Komponenten von Hinterachsträgern sowie vorderen und hinteren Hilfsrahmen.
- Ein bekanntes Verfahren zur Herstellung komplex geformter Rohrkörper ist das sogenannte Hydroforming (Innenhochdruckumformen). Dabei wird der herzustellende Rohrkörper aus einem Rohr unter Verwendung eines flüssigen Wirkmediums (meist einer Wasser-Öl-Emulsion) durch Aufbringen von Innendruck geformt. Die bei diesem Verfahren zur Umformung benötigten Drücke können bis zu mehreren Tausend Bar betragen und sind im Wesentlichen vom umzuformenden Werkstoff, der Materialdicke und den kleinsten auszuformenden Radien abhängig. Dieses hydraulische Umformverfahren erfordert technisch aufwendige und teure Werkzeuge, deren Einsatz sich oft aus Amortisationsgründen nicht lohnt oder einen hohen Stückpreis für die herzustellenden Teile zur Folge hat.
- Aus der
DE 100 62 836 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines gebogenen rohrförmigen Hohlkörpers bekannt, wobei der Hohlkörper im Verlauf seiner Länge runde und eckig geformte Bereiche aufweist und auf seiner Länge in Achsrichtung vertikalen und/oder horizontalen Biegungen folgt. Hierzu wird zunächst eine Blechplatine gestanzt, wobei der Blechzuschnitt so gewählt wird, dass dieser in seiner Breite ein bestimmtes Übermaß gegenüber den Abmessungen der theoretischen Abwicklung des fertiggestellten Hohlkörpers aufweist. Anschließend wird die Blechplatine in einer als Gesenk ausgebildeten Biegevorrichtung vorgebogen, indem die Seitenbereiche der Blechplatine zu einer U-Form hochgestellt werden. In einem weiteren Biegewerkzeug wird dann der obere Teil der hochgestellten Seiten des Werkstücks in den eckig zu formenden Bereichen des Hohlkörpers in eine nach innen gerichtete Schrägstellung gebogen, während in den zu formenden Rundbereichen des Hohlkörpers eine nach innen gerichtete Anrundung der Enden der hochgestellten Seiten erfolgt. Das so vorgebogene Werkstück wird anschließend in einem Presswerkzeug in seine endgültige Form gepresst, indem die schräggestellten und angerundeten Seitenbereiche des Blechzuschnitts an der in Längsrichtung verlaufenden Nahtstelle des Hohlkörpers unter Druck lückenlos zusammengefügt werden. Gegebenenfalls wird der Hohlkörper an der Nahtstelle noch verschweißt. - Bauteile, die einen oder mehrere komplex geformte Rohrkörper aufweisen, wie z. B. Hinterachsträger und vordere oder hintere Hilfsrahmen von Kraftfahrzeugen, sind üblicherweise mit Verstärkungen und/oder Querträgern versehen, die an die Außenseite des Rohrkörpers angeschweißt werden. Bei der Dimensionierung und Anordnung der Verstärkungen bzw. Querträger sind konstruktive Vorgaben zu berücksichtigen, damit Gewichtsvorgaben nicht überschritten werden und/oder benötigter Bauraum nicht verloren geht.
- Die
EP 2 025 424 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines rohrförmigen Tragprofils für einen Instrumententräger eines Kraftfahrzeuges. Dabei wird eine Blechplatine in ein Umformwerkzeug eingelegt, von einem Stempel in eine U-förmige Ausnehmung eines Unterwerkzeugs gepresst und in einem ersten Umformschritt zu einem U-Profil umgeformt. Anschließend wird das U-Profil in einem zweiten Umformschritt zwischen einem Oberwerkzeug und einem Unterwerkzeug zu einem Schlitzrohr umgeformt. Danach werden die Längskanten fügetechnisch verbunden. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass das U-Profil im Unterwerkzeug mit Verbindungselementen versehen wird. Optional ist vorgesehen, dass an dem Tragprofil Abschnitte unterschiedlicher Querschnittskonfiguration ausgeformt werden. Zudem wird vorgeschlagen, das U-Profil bereichsweise mit Verstärkungsblechen zu versehen. Die Verstärkungsbleche werden flächig auf der Innenseite der Blechplatine bzw. des U-Profils angeordnet. - Die
US 2006/0075920 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Strukturbauteils, bei dem zunächst eine Platine aus Stahlblech zu einer im Querschnitt U-förmigen Schale umgeformt wird, worauf in die Schale mindestens ein Querschott oder Längsschott eingebracht und lagefixiert wird. Anschließend werden die neben den freien Kanten liegenden Randbereiche der Schale um das Querschott oder Längsschott zu einem rohr- oder kastenförmigen Längenabschnitt gebogen und danach die Kanten mindestens abschnittsweise verschweißt. In den Querschotts und/oder den Längsschotts können Sicken, Prägungen und/oder Durchbrechungen vorgesehen sein. - Die
EP 0 888 835 A1 offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines Metallformteils, bei dem das Metallformteil in mehreren aufeinanderfolgenden Umformschritten durch Biegen, Pressen und/oder Tiefziehen aus einem ebenen Zuschnitt aus Metallblech hergestellt wird, wobei das Metallblech nach Durchführung eines Teils der Umformschritte eine Mehrzahl von im Wesentlichen parallelen Biegelinien und in einem zu den Biegelinien senkrechten Querschnitt ein rinnenförmiges Profil oder Teilprofil aufweist. Das rinnenförmige Profil oder Teilprofil wird dabei mit mindestens einem Versteifungsblech versteift, das im Wesentlichen senkrecht zu den Biegelinien in das Profil oder Teilprofil eingesetzt und starr am Metallblech befestigt wird, bevor das Metallformteil durch weitere am Metallblech vorgenommene Umformschritte fertiggestellt wird. Die Versteifungsbleche können dabei mindestens eine Durchgangsöffnung oder eine randoffene Aussparung aufweisen. - Die
US 2006/0016078 A1 , die die Basis für den Oberbegriff des Anspruchs 1 bildet, offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines Strukturbauteils für ein Kraftfahrzeug, bei dem aus einer Blechplatine ein Zwischenstrukturelement gebildet wird, das einen Kanal definiert, der sich entlang mindestens eines Teils seiner Länge erstreckt. In dem kanalförmigen Zwischenstrukturelement wird ein Stützelement angeordnet und an dem Zwischenstrukturelement durch Schweißen befestigt. Anschließend wird ein zweiter Formvorgang an dem das Stützelement enthaltenden Zwischenstrukturelement ausgeführt, so dass das Stützelement darin teilweise umschlossen und weiter befestigt wird. Das fertige Strukturbauteil oder das das Stützelement enthaltende Zwischenstrukturelement kann dabei in ein bogenförmiges Bauteil umgeformt werden. - Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines rohrbogenförmigen Hohlkörpers der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem sich derartige Hohlkörper für gewichtsoptimierte und/oder bauraumoptimierte Fahrwerks- sowie Karosseriebauteile wirtschaftlich herstellen lassen.
- Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben.
- Durch die erfindungsgemäße Anordnung von einem oder mehreren Verstärkungselementen in dem rohrförmigen Hohlkörper lassen sich mit einem solchen Hohlkörper gewichtsoptimierte und/oder bauraumoptimierte Fahrwerkssowie Karosseriebauteile wirtschaftlich herstellen. Das mindestens eine Verstärkungselement wird dabei vorzugsweise gezielt an einer bestimmten Stelle des zumindest teilweise U-förmig umgeformten Abschnitts des Werkstücks innenseitig angeordnet und mit demselben stoffschlüssig verbunden, so dass eine Spitzenbelastung an einem festigkeitsrelevanten Abschnitt des fertigen Fahrwerkssowie Karosseriebauteils, z.B. an einem Verbindungsabschnitt, an welchem der rohrförmige Hohlkörper mit einer weiteren Komponente des Bauteils verbunden ist, deutlich reduziert wird. Durch die innere partielle Verstärkung des rohrförmigen Hohlkörpers können dieser und/oder eine damit verbundene Komponente leichtgewichtiger ausgelegt werden. Beispielsweise ermöglicht die innere partielle Verstärkung des rohrförmigen Hohlkörpers eine Reduzierung der Blechdicke der zur Herstellung des rohrförmigen Hohlkörpers verwendeten metallischen Platine (Blechplatine). Alternativ oder zusätzlich können durch die innere partielle Verstärkung des rohrförmigen Hohlkörpers mitunter äußere Verstärkungs- bzw. Versteifungselemente des Fahrwerks- oder Karosseriebauteils fortgelassen werden, wodurch das Gesamtgewicht des Fahrwerks- oder Karosseriebauteils reduziert und Bauraum für andere Fahrzeugaggregate, z.B. Fahrzeugantriebskomponenten, gewonnen werden kann.
- Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die den Schlitz oder Kantenstoß definierenden Stoßkanten des rohrförmigen Hohlkörpers durch Schweißen, vorzugsweise Metall-Aktivgas-Schweißen (MAG-Schweißen)oder Laserstrahlschweißen miteinander verbunden werden. Durch das Verschweißen der Stoßkanten des rohrförmigen Hohlkörpers wird die Formstabilität des Hohlkörpers verbessert. Zudem kann der Innenraum des Hohlkörpers durch eine kontinuierliche Schweißnaht entlang der Stoßkanten vor Eindringen von Feuchtigkeit geschützt werden.
- Das zum Verbinden der Stoßkanten bevorzugt verwendete MAG-Schweißen ermöglicht hohe Schweißgeschwindigkeiten auch bei bogenförmigem Stoßkantenverlauf. Die Schweißgeschwindigkeit kann beim MAG-Schweißen zum Beispiel bei mindestens 10 m/min, vorzugsweise mindestens 15 m/min liegen. Der beim MAG-Schweißen der Schweißstelle zugeführte Schweißdraht (Zusatzdraht) schmilzt dort im Lichtbogen bzw. im Schmelzbad ab. Mit dem abschmelzenden Zusatzmaterial des Schweißdrahtes lässt sich der von den zu verschweißenden Stoßkanten begrenzte Schlitz zuverlässig füllen.
- Auch das zum Verbinden der Stoßkanten alternativ verwendbare Laserstrahlschweißen zeichnet sich durch hohe Schweißgeschwindigkeiten sowie die Ausführbarkeit komplizierter Nahtgeometrien aus. Aufgrund des präzisen, sehr konzentrierten Energieeintrags ergibt sich beim Laserstrahlschweißen ein geringer Wärmeeinfluss und folglich ist nur mit einem sehr geringen thermischen Verzug des Werkstücks zu rechnen. Das Laserstrahlschweißen wird bei entsprechender Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorzugsweise ebenfalls unter Verwendung von Schweißdraht (Zusatzdraht) durchgeführt.
- Der Zusatzdraht kann sowohl beim MAG-Schweißen als auch beim Laserstrahlschweißen im Wesentlichen die gleiche Werkstoffzusammensetzung aufweisen wie die Platine, aus welcher der rohrförmige Hohlkörper geformt wird.
- Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann der Zusatzdraht allerdings auch ein oder mehrere festigkeitserhöhende Legierungsbestandteile, wie z.B. Mangan, Nickel und/oder Kohlenstoff enthalten.
- Wenn die Stoßkanten des rohrförmigen Hohlkörpers mittels MAG-Schweißen miteinander verschweißt werden, so wird als Aktivgas (Schutzgas) beispielsweise Argon oder Kohlendioxid oder ein Gemisch aus diesen Gasen verwendet. Das Aktivgas kann dabei als Mischgas auch Sauerstoff und/oder Helium enthalten. Vorzugsweise wird als Aktivgas (Schutzgas) Argon oder ein argonreiches Mischgas mit bis 25 Vol.-% Kohlendioxid und/oder bis zu etwa 5 Vol.-% Sauerstoff und/oder ca. 20-30 Vol.-% Helium verwendet. Wenn die Stoßkanten des rohrförmigen Hohlkörpers mittels Laserstrahlschweißen miteinander verschweißt werden, so wird als Schutzgas vorzugsweise Argon oder Helium oder Kohlendioxid oder ein Gemisch aus mindestens zwei dieser Gaskomponenten verwendet.
- Der rohrbogenförmige Hohlkörper kann auch als gebogener rohrförmiger Hohlkörper bezeichnet werden. Er folgt auf seiner Länge in Achsrichtung vertikalen und/oder horizontalen Biegungen. Mit einem entsprechend ausgeführten rohrförmigen Hohlkörper lassen sich gewichtsoptimierte sowie bauraumoptimierte Fahrwerkssowie Karosseriebauteile sehr vorteilhaft herstellen.
- In diesem Zusammenhang sieht die Erfindung vor, dass das Biegen der Platine derart durchgeführt wird, dass die zumindest teilweise U-förmig umgeformte Platine eine Rinne definiert, deren längliche Rinnengrundlinie zumindest abschnittsweise konvex ausgebildet ist. An den konvex ausgebildeten Abschnitt der Rinne kann sich gegebenenfalls ein konkav ausgebildeter Rinnenabschnitt anschließen. Insbesondere wird vorgeschlagen, dass das mindestens eine Verstärkungselement zumindest in den konvex ausgebildeten Rinnenabschnitt eingesetzt und innenseitig mit demselben stoffschlüssig verbunden, vorzugsweise verschweißt wird. Seitens der Anmelderin wurde gefunden, dass sich hierdurch ein aus einer Metallplatine hergestellter gebogener rohrförmiger Hohlkörper, dessen Schlitz oder Kantenstoß konvex verläuft, zuverlässig durch U-O-Umformung herstellen lässt.
- Das mindestens eine Verstärkungselement ist als platten- oder scheibenförmig ausgebildetes Verstärkungselement ausgeführt. Ein solches Verstärkungselement lässt sich kostengünstig herstellen, zum Beispiel indem es aus einem Metallblech ausgestanzt wird. Durch die platten- oder scheibenförmige Ausführung des Verstärkungselements lässt sich ein erheblicher Stabilitätszuwachs, insbesondere Biegesteifigkeitszuwachs, bei relativ geringem Gewicht des Verstärkungselements erzielen. Hinsichtlich einer Gewichtsreduzierung ist es vorteilhaft, dass das platten- oder scheibenförmig ausgebildete Verstärkungselement ein ringförmig ausgebildetes Verstärkungselement ist. Hierdurch lässt sich eine Gewichtsreduzierung erzielen, wobei die Verstärkungswirkung dennoch hoch bleibt.
- Für eine Gewichtsoptimierung bei im Wesentlichen gleichbleibenden oder vorzugsweise verbesserten Festigkeitseigenschaften des betreffenden Fahrwerks- oder Karosseriebauteils ist es ferner günstig, dass das ringförmig ausgebildete Verstärkungselement mindestens eine Querstrebe und/oder einen Kragen aufweist. Hierdurch wird die Formsteifigkeit des Verstärkungselements erhöht. Dementsprechend lässt sich die Blechstärke (Blechdicke) des ringförmig ausgebildeten Verstärkungselements verringern und somit Material und Gewicht sparen.
- Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird das mindestens eine Verstärkungselement derart ausgeführt, dass der rohrförmige Hohlkörper im Querschnitt betrachtet entlang seiner Innenkontur vollständig an der Außenumfangskontur des Verstärkungselements anliegt. Hierdurch erhält der rohrförmige Hohlkörper eine optimale radiale Formstabilität.
- Alternativ kann nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung das mindestens eine Verstärkungselement jedoch auch derart ausgeführt werden, dass der rohrförmige Hohlkörper im Querschnitt betrachtet entlang seiner Innenkontur teilweise an der Außenumfangskontur des Verstärkungselements anliegt. Die Umfangskontur des in dem rohrförmigen Hohlkörper angeordneten Verstärkungselements und die benachbarte Innenkontur des rohrförmigen Hohlkörpers begrenzen somit mindestens eine Durchgangsöffnung. Diese Ausgestaltung lässt mehr Ausgleichsspielraum für den mindestens einen bzw. abschließenden Umformvorgang, bei dem der zuvor zumindest teilweise U-förmig umgeformte Abschnitt der Platine zu einem rohrförmigen Querschnitt des Hohlkörpers umgeformt wird. Abgesehen davon begünstigt diese Ausgestaltung eine Gewichtsreduzierung des rohrförmigen Hohlkörpers, da das darin angeordnete Verstärkungselement in diesem Fall im Vergleich zu einem Verstärkungselement, welches mit seiner Umfangskontur im Wesentlichen vollständig an der Innenkontur des rohrförmigen Hohlkörpers anliegt, deutlich kleiner und dementsprechend leichter ist. In diesem Zusammenhang besteht eine weitere bevorzugte Ausgestaltung darin, dass das mindestens eine Verstärkungselement mit der Innenseite des Hohlkörpers eine Durchgangsöffnung begrenzt, die im Bereich des Schlitzes oder Kantenstoßes liegt.
- Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass mindestens zwei Verstärkungselemente der genannten Art in den zumindest teilweise U-förmig umgeformten Abschnitt der umgeformten Platine eingesetzt und innenseitig mit demselben stoffschlüssig verbunden, vorzugsweise verschweißt werden. Diese Ausgestaltung begünstigt eine zuverlässige sowie gewichtsoptimierte Ausführung von gebogenen rohrförmigen Hohlkörpern mittels U-O-Formung einer metallischen Platine, wenn der Schlitz oder Kantenstoß der umgeformten Platine entlang eines konvex gebogenen Abschnitts des rohrförmigen Hohlkörpers (Rohrkörpers) verläuft.
- Beispielsweise können in einen zumindest teilweise U-förmig sowie S-förmig umgeformten Abschnitt der Platine als Werkstück drei Verstärkungselemente der genannten Art eingesetzt und innenseitig mit dem umgeformten Abschnitt verschweißt werden, wobei eines der Verstärkungselemente in einem ersten im Wesentlichen geraden Rinnenabschnitt des umgeformten Werkstücks, ein zweites der Verstärkungselemente in einem Übergangsbereich zwischen einem konvex gebogenen und einem konkav gebogenen Rinnenabschnitt des umgeformten Werkstücks und das dritte der Verstärkungselemente in einem zweiten im Wesentlichen geraden Rinnenabschnitt des umgeformten Werkstücks angeordnet werden.
- Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die mindestens zwei Verstärkungselemente unterschiedlich ausgebildet; sie können insbesondere unterschiedliche Außenumfangskonturen aufweisen. Diese Ausgestaltung begünstigt die gewichtsoptimierte Herstellung eines komplex geformten Rohrkörpers mittels U-O-Formung einer metallischen Platine.
- Um ein Rückfedern der hochgestellten Schenkel des U-förmig umgeformten Abschnitts des Werkstücks beim stoffschlüssigen Verbinden (z.B. Verschweißen) des Verstärkungselements mit dem U-förmig umgeformten Abschnitt zu vermeiden, sieht eine weitere Ausgestaltung der Erfindung vor, dass nach dem Einsetzen des mindestens einen Verstärkungselements und vor dem stoffschlüssigen Verbinden, vorzugsweise Verschweißen, des Verstärkungselements mit dem zumindest teilweise U-förmig umgeformten Abschnitt der Platine ein Kalibrieren des umgeformten Abschnitts durchgeführt wird. Hierdurch wird die Zuverlässigkeit der nachfolgenden Umformung des zumindest teilweise U-förmig vorgeformten Werkstücks zu einem rohrförmigen Querschnitt weiter verbessert.
- Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Fahrwerks- oder Karosseriebauteil mit einem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten rohrförmigen, vorzugsweise rohrbogenförmigen Hohlkörper.
- Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer mehrere Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1
- einen Abschnitt einer Verbundlenker-Hinterachse für ein Kraftfahrzeug in einer perspektivischen Darstellung;
- Fig. 2
- einen Hinterachshilfsrahmen für ein Kraftfahrzeug in einer perspektivischen Darstellung;
- Fig. 3
- vier Arbeitsschritte eines herkömmlichen Prozesses zur Herstellung eines bogenförmigen Rohres mittels U-O-Umformung, wobei die Arbeitsschritte durch perspektivische Darstellungen und zugehörige Querschnittansichten des umgeformten, nach Durchführung des jeweiligen Arbeitsschrittes vorliegenden Werkstücks schematisch gezeigt sind;
- Fig. 4
- mehrere Arbeitsschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines bogenförmigen Rohres mittels U-O-Umformung, wobei die Arbeitsschritte durch Querschnittansichten des umgeformten, nach Durchführung des jeweiligen Arbeitsschrittes vorliegenden Werkstücks schematisch gezeigt sind;
- Fig. 5a und 5b
- Arbeitsschritte einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines bogenförmigen Rohres mittels U-O-Umformung, wobei die Arbeitsschritte wiederum durch Querschnittansichten des umgeformten, nach Durchführung des jeweiligen Arbeitsschrittes vorliegenden Werkstücks schematisch gezeigt sind;
- Fig. 6
- ein mittels U-O-Umformung hergestellter rohrbogenförmiger Hohlkörper, ein ringscheibenförmiges Verstärkungselement und ein erfindungsgemäß mittels U-O-Umformung hergestellter rohrbogenförmiger Hohlkörper mit einem darin angeordneten ringscheibenförmigen Verstärkungselement, in einer perspektivischen Darstellung;
- Fig. 7a bis 7h
- verschiedene Verstärkungselemente zur Anordnung in einem rohrbogenförmigen Hohlkörper während dessen Herstellung mittels U-O-Umformung, jeweils in einer perspektivischen Darstellung, wobei die
Fig. 7a, 7b, 7d, 7g und 7h keine Beispiele erfindungsgemäßer Verstärkungselemente zeigen; und - Fig. 8
- ein erfindungsgemäß hergestellter rohrbogenförmiger Hohlkörper mit drei darin angeordneten ringscheibenförmigen Verstärkungselementen, in einer perspektivischen Darstellung.
-
Fig. 1 zeigt einen Abschnitt einer Verbundlenker-Hinterachse 1 als Beispiel für ein Fahrwerksbauteil eines Kraftfahrzeuges. Die Verbundlenker-Hinterachse 1 weist einen linken Lenkerarm 1.1 und einen rechten Lenkerarm (nicht gezeigt) auf, die durch einen auf Torsion belastbaren Querträger 1.2 miteinander fest verbunden sind. Sowohl der Querträger 1.2 als auch die Lenkerarme 1.1 sind als rohrförmige Hohlkörper ausgebildet. An den Lenkerarme 1.1 und dem Querträger 1.2 sind schalenförmige Konsolbleche 1.3 bzw. Querstreben 1.4 angeschweißt. Das Konsolblech 1.3 dient der Lagerung und Abstützung einer Fahrwerksfeder sowie eines Stoßdämpfers (nicht gezeigt). Der jeweilige Lenkerarm 1.1 weist an einem seiner Enden eine Gelenkbuchse (Lagerbuchse) 1.5 und am anderen Ende einen Verbindungsflansch 1.6 zur Befestigung einer Hinterradlagerung auf. Der Lenkerarm 1.1 ist als rohrbogenförmiger Hohlkörper ausgeführt. Er ist aus einer Blechplatine, vorzugsweise Stahlblechplatine, durch U-O-Umformen hergestellt. - In
Fig. 2 ist ein Hilfsrahmen 2 als ein weiteres Beispiel für ein Fahrwerksbauteil eines Kraftfahrzeuges gezeigt. Der Hilfsrahmen 2 dient insbesondere der gelenkigen Lagerung von mit den Hinterradträgern zu verbindenden Querlenkern (nicht gezeigt). Er weist zwei seitliche, im Wesentlichen längs zur Fahrzeuglängsmittelachse verlaufende Seitenträger (Längsträger) 2.1 auf, die mit einem vorderen Querträger 2.2 und einem hinteren Querträger 2.3 fest verbunden sind. Der vordere Querträger 2.2 und die Seitenträger 2.1 des Hinterachs-Hilfsrahmens 2 sind als rohrförmige Hohlkörper ausgebildet, wobei insbesondere der Querträger 2.2 bogenförmige Abschnitte aufweist. Die Seitenträger 2.1 und/oder der Querträger 2.2 sind aus Blechplatinen, vorzugsweise Stahlblechplatinen, durch U-O-Umformen hergestellt. - Ein herkömmlicher Prozess zur Herstellung eines gebogenen Rohrkörpers unter Anwendung einer U-O-Umformung ist in
Fig. 3 skizziert. Der herkömmliche Herstellungsprozess umfasst mindestens vier Arbeitsschritte (OP10, OP30, OP50, OP70). Zunächst wird eine im Wesentlichen ebene, für die Erzielung des fertigen Rohrkörpers 5 passend zugeschnittene Blechplatine teilweise U-förmig umgeformt (OP10). Zuvor oder vorzugsweise während dieser Umformung wird die Blechplatine derart umgeformt, dass sie nach diesem Umformschritt (OP10), wie inFig. 3 links oben sowie links unten dargestellt, eine Rinne 3 definiert, deren längliche oder axiale Rinnengrundlinie bogenförmig ausgebildet ist. InFig. 3 ist die Rinnengrundlinie konkav ausgebildet. Das so umgeformte Werkstück (Blechplatine) 4 weist zwei parallel zueinander verlaufende Seitenabschnitte (Schenkel) 4.1 auf, die sich an den rinnenförmigen Abschnitt 4.2 seitlich anschließen und entsprechend der Rinnengrundlinie gebogen sind. Im Querschnitt betrachtet stehen die Seitenabschnitte (Schenkel) 4.1 zunächst in entgegengesetzten Richtungen von dem rinnenförmigen Abschnitt 4.2 des Werkstücks 4 ab. - In einem nachfolgenden Umformschritt (Arbeitsschritt) OP30 werden die Seitenabschnitte 4.1 hochgestellt, d.h. nach oben gebogen, so dass das Werkstück 4 dann im Querschnitt betrachtet insgesamt ein U-förmiges Profil aufweist.
- In einem weiteren Arbeitsschritt (OP50) werden dann die hochgestellten Seitenabschnitte 4.1 des Werkstücks 4 derart umgeformt, dass ihre Längskanten 4.3 aufeinander zu bewegt werden und einen Schlitz oder Kantenstoß 4.4 definieren. Dieser Arbeitsschritt kann auch als O-Umformung bezeichnet werden. Das Werkstück 4 weist nun einen rohrförmigen Querschnitt auf. Die beiden Längskanten (Stoßkanten) 4.3 werden anschließend miteinander verschweißt (OP70), so dass der Schlitz oder Kantenstoß 4.4 vorzugsweise vollständig geschlossen wird. In
Fig. 3 , rechts oben ist mit 4.5 die Schweißnaht am Kantenstoß 4.4 bezeichnet. - Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich von dem in
Fig. 3 skizzierten herkömmlichen Prozess dadurch, dass nach dem Arbeitsvorgang (OP10 und OP30), bei welchem die Platine (Werkstück 4) zumindest teilweise U-förmig umgeformt wird, mindestens ein Verstärkungselement 6 in den zumindest teilweise U-förmig umgeformten Abschnitt 4.2 des Werkstücks 4 eingesetzt und innenseitig mit demselben stoffschlüssig verbunden, vorzugsweise verschweißt wird. Anschließend wird mindestens ein weiterer Arbeitsvorgang (OP50) durchgeführt, bei dem das im Querschnitt betrachtet U-förmig umgeformte Werkstück 4 zu einem rohrbogenförmigen Hohlkörper 5 umgeformt wird. - Wie in
Fig. 4 gezeigt, kann das mindestens eine Verstärkungselement 6 beispielsweise ringförmig, insbesondere ringscheibenförmig ausgebildet sein. Weitere Ausführungsbeispiele des mindestens einen Verstärkungselements 6 sind in denFiguren 5 bis 8 skizziert. Das Verstärkungselement 6 ist in Bezug auf die Innenkontur des rohrförmigen Hohlkörpers 5 derart ausgebildet, dass es im fertigen Zustand des rohrförmigen Hohlkörpers 5 beispielsweise entlang mindestens 30%, vorzugsweise mindestens 40%, besonders bevorzugt mindestens 50% seiner Außenkontur mit der Innenkontur des Hohlkörpers 5 stoffschlüssig verbunden ist oder daran zumindest berührend anliegt. - Das mindestens eine Verstärkungselement 6 wird vorzugsweise in den U-förmig umgeformten und somit rinnenförmigen Abschnitt 4.2 des Werkstücks 4 eingesetzt und innenseitig mit demselben stoffschlüssig verbunden, nachdem die sich an den rinnenförmigen Abschnitt 4.2 anschließenden, seitlich vorstehenden Seitenabschnitte 4.1 hochgestellt, d.h. nach oben gebogen wurden.
- Es liegt jedoch auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung, das mindestens eine Verstärkungselement 6 bereits in den rinnenförmigen Abschnitt 4.2 des Werkstücks 4 einzusetzen und innenseitig mit demselben stoffschlüssig zu verbinden, bevor die seitlich vorstehenden Seitenabschnitte 4.1 nach oben gebogen werden.
- Nachdem das Verstärkungselement 6 mit der Innenseite des rinnen- bzw. U-förmig umgeformten Werkstücks 4 stoffschlüssig verbunden wurde, wird das Werkstück 4 weiter zu einem rohrförmigen Hohlkörper (Rohrkörper) 5 umgeformt. Anschließend werden die beiden Längskanten (Stoßkanten) 4.3 des Werkstücks 4 miteinander verschweißt, so dass der Schlitz oder Kantenstoß 4.4 vorzugsweise vollständig durch die Schweißnaht 4.5 geschlossen wird.
- Bei dem in
Fig. 4 skizzierten Ausführungsbeispiel ist das Verstärkungselement 6 derart ausgeführt bzw. bemessen, dass es nach der O-Umformung des im Querschnitt betrachtet U-förmigen Werkstücks 4, bei welcher das Werkstück 4 zu einem rohrförmigen Querschnitt umgeformt wird, mit der Innenseite des Hohlkörpers (Rohrkörper) 5 eine Durchgangsöffnung 7 begrenzt, die im Bereich des Schlitzes oder Kantenstoßes 4.4 liegt. - Nach dem Einsetzen des mindestens einen Verstärkungselements 6 und vor dem Verschweißen desselben mit der Innenseite des U-förmig umgeformten Werkstücks 4 wird das umgeformte Werkstück 4 vorzugsweise einem zusätzlichen Kalibriervorgang unterzogen.
- In den
Figuren 5a und 5b sind Arbeitsschritte einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens skizziert, bei der das mindestens eine Verstärkungselement 6' bzw. mindestens eines der Verstärkungselemente 6' derart ausgeführt bzw. bemessen, dass nach der O-Umformung des im Querschnitt betrachtet U-förmigen Werkstücks 4 der rohrförmige Hohlkörper 5 entlang seiner Innenkontur vollständig an der Außenumfangskontur 6.1 des Verstärkungselements 6' anliegt. Vor der O-Umformung wird das Verstärkungselement 6' mit der Innenseite des rinnenförmigen Werkstücks 4 stoffschlüssig verbunden, vorzugsweise verschweißt. Die stoffschlüssige Verbindung bzw. Schweißnaht erstreckt sich beispielsweise entlang etwa 50 bis 60% des Außenumfangskontur des Verstärkungselements 6'. Die stoffschlüssige Verbindung des Verstärkungselements 6' mit der Innenseite des Werkstücks 4 kann als einzelne kontinuierliche Verbindungs- bzw. Schweißnaht 8 ausgeführt sein oder mehrere Verbindungs- bzw. Schweißnähte umfassen. Zudem wird die Außenkontur des Verstärkungselements 6' an den einander zugewandten Stoßkanten 4.3 des rohrförmigen Werkstücks 4 mit den Stoßkanten 4.3 verschweißt. -
Fig. 6 zeigt einen rohrbogenförmigen Hohlkörper 5, der ein innenseitig angeschweißtes Verstärkungselement 6' aufweist und gemäß der in denFiguren 5a und 5b skizzierten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt werden kann. - In den
Figuren 7c, 7e und 7f sind verschiedene Ausführungsbeispiele des mindestens einen an das U-förmig umgeformte Werkstück 4 innenseitig anzuschweißende Verstärkungselements 6, 6' dargestellt. Das Verstärkungselement kann beispielsweise in Form einer ringförmigen Blechscheibe 6'ausgebildet werden, die an ihrer Durchgangsöffnung 6.2 einen umlaufenden Kragen 6.3 aufweist (Fig. 7c ). Die Durchgangsöffnung 6.2 ist kreisrund ausgeführt. - Das in den
Fig. 7c gezeigte Verstärkungselement 6' ist so bemessen, dass nach der O-Umformung des im Querschnitt betrachtet U-förmigen Werkstücks 4 der rohrförmige Hohlkörper 5 entlang seiner Innenkontur vollständig an der Außenumfangskontur 6.1 des Verstärkungselements 6' anliegt. Die in denFiguren 7e und 7f gezeigten Verstärkungselemente 6 sind dagegen so bemessen, dass nach der O-Umformung des im Querschnitt betrachtet U-förmigen Werkstücks 4 der rohrförmige Hohlkörper 5 entlang seiner Innenkontur nur teilweise an der Außenumfangskontur 6.1 des Verstärkungselements 6 anliegt, wobei das Verstärkungselement 6 mit der Innenseite des Hohlkörpers 5 eine Durchgangsöffnung 7 begrenzt, die im Bereich des Schlitzes oder Kantenstoßes 4.4 liegt (vgl.Fig. 4 ). - Das in
Fig. 7f gezeigte Verstärkungselement 6 weist zwei Durchgangsöffnungen 7 auf, die durch eine Querstrebe 6.4 voneinander getrennt sind. Die in denFig. 7g und 7h gezeigten Verstärkungselemente 6 sind als U-förmige oder bügelförmige Blechscheiben ausgeführt, wobei das Verstärkungselement 6 gemäßFig. 7h am Innenumfang einen Kragen 6.3 aufweist. - Der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren unter Anwendung einer U-O-Formung hergestellte Rohrkörper 5 kann insbesondere auch in der Weise hergestellt werden, dass in die zugeschnittene Blechplatine eine Rinne 3 geformt wird, deren längliche oder axiale Rinnengrundlinie konvex oder sowohl konvex als auch konkav verläuft. In
Fig. 8 ist beispielhaft ein solcher bogenförmiger Rohrkörper 5' dargestellt. - Zur Herstellung eines solchen rohrbogenförmigen Hohlkörpers 5' werden nach der Formung der Rinne 3 die seitlich vorstehenden Seitenabschnitte 4.1 des Werkstücks 4 hochgestellt (vgl.
Fig. 4 sowieFig. 5a ). Anschließend werden beispielsweise drei Verstärkungselemente 6' in das im Querschnitt betrachtet U-förmige Werkstück 4 eingesetzt und innenseitig mit demselben verschweißt. Die Verstärkungselemente 6' werden dabei so positioniert, dass ein erstes Verstärkungselement 6' in einem ersten, im Wesentlichen geraden Abschnitt des umgeformten Werkstücks 4 angeordnet ist, ein zweites Verstärkungselement 6' in einem Übergangsbereich zwischen dem konvex gebogenen und dem konkav gebogenen Rinnenabschnitt angeordnet ist, und das dritte Verstärkungselement 6' in einem zweiten, im Wesentlichen geraden Rinnenabschnitt des umgeformten Werkstücks 4 angeordnet ist. Das erste und das dritte Verstärkungselement 6' werden dabei vorzugsweise mit sehr geringem Abstand von dem konvex bzw. konkav gebogenen Rinnenabschnitt angeordnet. - Die in das rinnen- bzw. U-förmig umgeformte Werkstück 4 eingesetzten Verstärkungselemente 6, 6' können unterschiedlich ausgebildet sein, vorzugsweise unterschiedliche Außenumfangskonturen aufweisen. Insbesondere liegt es im Rahmen der vorliegenden Erfindung mindestens zwei verschiedene Verstärkungselemente 6, 6' der in den
Fig. 7c, 7e und 7f gezeigten Verstärkungselemente 6,6' in das rinnen- bzw. U-förmig umgeformte Werkstück 4 einzusetzen und vor der O-Umformung des Werkstücks 4 innenseitig mit dem rinnen- bzw. U-förmig umgeformten Werkstück 4 zu verschweißen. - Bei einem Fahrwerksbauteil gemäß
Fig. 1 oderFig. 2 ist das mindestens eine Verstärkungselement 6 vorzugsweise in dem gebogenen rohrförmigen Lenkerarm 1.1 im Bereich des angebundenen Querträgers 1.2 bzw. in dem gebogenen rohrförmigen Querträger 2.2 im Bereich des angebundenen Seitenträgers 2.1 angeordnet. - Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf die in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr sind zahlreiche Varianten denkbar, die auch bei von den gezeigten Beispielen abweichender Gestaltung von der in den Ansprüchen angegebenen Erfindung Gebrauch machen.
-
- 1
- Fahrwerksbauteil, z.B. Verbundlenker-Hinterachse
- 1.1
- Lenkerarm
- 1.2
- Querträger
- 1.3
- Konsolblech
- 1.4
- Querstrebe
- 1.5
- Gelenkbuchse
- 1.6
- Verbindungsflansch
- 2
- Hilfsrahmen, z.B. Hinterachs-Hilfsrahmen
- 2.1
- Seitenträger
- 2.2
- vorderer Querträger
- 2.3
- hinterer Querträger
- 3
- Rinne
- 4
- umgeformte Blechplatine / Werkstück
- 4.1
- Seitenabschnitte (Schenkel)
- 4.2
- rinnenförmiger Abschnitt
- 4.3
- Stoßkanten (Längskanten)
- 4.4
- Schlitz / Kantenstoß
- 4.5
- Schweißnaht
- 5, 5'
- rohrförmiger Hohlkörper (Rohrkörper)
- 6, 6`, 6"
- Verstärkungselement
- 6.1
- Außenumfangskontur
- 6.2
- Durchgangsöffnung
- 6.3
- Kragen
- 6.4
- Querstrebe
- 7
- Durchgangsöffnung
- 8
- Schweißnaht
- OP10
- Arbeitsschritt "Rinne formen"
- OP30
- Arbeitsschritt "Seitenabschnitte hochstellen"
- OP40
- Arbeitsschritt "Verstärkungselement einsetzen und innenseitig anschweißen"
- OP50
- Arbeitsschritt "O-Formen"
- OP70
- Arbeitsschritt "Schweißen von 4.4"
Claims (8)
- Verfahren zur Herstellung eines rohrbogenförmigen Hohlkörpers (5, 5') aus einer zugeschnittenen metallischen Platine, bei welchem der Hohlkörper (5, 5') aus der Platine unter Anwendung einer U-O-Umformung hergestellt wird, so dass der Hohlkörper (5, 5') nach der U-O-Umformung der Platine einen Schlitz oder Kantenstoß (4.4) entlang zweier Stoßkanten (4.3) der umgeformten Platine aufweist, wobei nach einem Arbeitsvorgang (OP10, OP30), bei welchem die Platine zumindest teilweise U-förmig umgeformt wird, mindestens ein Verstärkungselement (6, 6') in einen zumindest teilweise U-förmig umgeformten Abschnitt der umgeformten Platine (4) eingesetzt und innenseitig mit demselben stoffschlüssig verbunden, vorzugsweise verschweißt wird, und dass nachfolgend mindestens ein weiterer Arbeitsvorgang (OP50) durchgeführt wird, bei dem die U-förmig umgeformte Platine (4) zu dem rohrbogenförmigen Hohlkörper (5, 5') umgeformt wird, wobei vor und/oder während des Arbeitsvorgangs (OP10), bei welchem die Platine zumindest teilweise U-förmig umgeformt wird, ein Biegen der Platine erfolgt, so dass die zumindest teilweise U-förmig umgeformte Platine eine Rinne (3) definiert, deren längliche Rinnengrundlinie bogenförmig ausgebildet ist, wobei das Biegen der Platine derart durchgeführt wird, dass die zumindest teilweise U-förmig umgeformte Platine eine Rinne (3) definiert, deren längliche Rinnengrundlinie zumindest abschnittsweise konvex ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Verstärkungselement (6, 6') ein platten- oder scheibenförmig sowie ringförmig ausgebildetes Verstärkungselement (6, 6') ist, welches mindestens eine Querstrebe (6.4) und/oder einen Kragen (6.3) aufweist, wobei das mindestens eine Verstärkungselement (6, 6') zumindest in den konvex ausgebildeten Rinnenabschnitt eingesetzt und innenseitig mit demselben stoffschlüssig verbunden, vorzugsweise verschweißt wird.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die den Schlitz oder Kantenstoß (4.4) definierenden Stoßkanten (4.3) des rohrförmigen Hohlkörpers (5, 5') durch Schweißen, vorzugsweise Metall-Aktivgas-Schweißen oder Laserstrahlschweißen miteinander verbunden werden.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Verstärkungselement (6', 6") derart ausgeführt wird, dass der rohrbogenförmige Hohlkörper (5, 5') im Querschnitt betrachtet entlang seiner Innenkontur vollständig an der Außenumfangskontur des Verstärkungselements (6') anliegt.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Verstärkungselement (6) derart ausgeführt wird, dass der rohrbogenförmige Hohlkörper (5, 5') im Querschnitt betrachtet entlang seiner Innenkontur teilweise an der Außenumfangskontur des Verstärkungselements (6) anliegt.
- Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Verstärkungselement (6) mit der Innenseite des Hohlkörpers (5, 5') eine Durchgangsöffnung (7) begrenzt, die im Bereich des Schlitzes oder Kantenstoßes (4.4) liegt.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei solche Verstärkungselemente (6, 6') in den zumindest teilweise U-förmig umgeformten Abschnitt der umgeformten Platine (4) eingesetzt und innenseitig mit demselben stoffschlüssig verbunden, vorzugsweise verschweißt werden, wobei die mindestens zwei Verstärkungselemente (6, 6') vorzugsweise unterschiedlich ausgebildet sind, vorzugsweise unterschiedliche Außenumfangskonturen (6.1) aufweisen.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Einsetzen des mindestens einen Verstärkungselements (6, 6') und vor dem stoffschlüssigen Verbinden, vorzugsweise Verschweißen, des Verstärkungselements (6, 6') mit dem zumindest teilweise U-förmig umgeformten Abschnitt der Platine (4) ein Kalibrieren des umgeformten Abschnitts durchgeführt wird.
- Fahrwerks- oder Karosseriebauteil (1, 2) mit einem gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 hergestellten rohrbogenförmigen Hohlkörper (5, 5').
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-
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