JP2006247748A

JP2006247748A - フランジを一体的に備えた管、特に車両及びボディ構造用の柔軟に圧延された材料から成る、フランジを一体的に備えた管

Info

Publication number: JP2006247748A
Application number: JP2006067330A
Authority: JP
Inventors: Andreas Hauger; ハウガーアンドレアス; Ute Scheffe; シェッフェウテ
Original assignee: Muhr und Bender KG
Current assignee: Muhr und Bender KG
Priority date: 2005-03-11
Filing date: 2006-03-13
Publication date: 2006-09-21
Also published as: US20060208036A1; EP1700645A1; DE102005011764A1

Abstract

【課題】自動車のボディ構造のような平らな金属板に管又は成形体を取り付ける場合の問題点を改善し、結合性の良い管又は成形体を提供する。
【解決手段】閉鎖された横断面を有する金属薄板製のフランジ管１１において、管本体１２の金属薄板から一体的に形成された長手方向に延びる少なくとも１つのフランジ１３が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明の対象は、自動車のボディ構造において使用するための管及び成形体に関する。

このような管及び成形体を丸曲げ又は深絞りプロセスによって金属薄板から製造することは、公知である。さらに、金属薄板材料の壁厚さが圧延方向において変化するいわゆる柔軟に圧延された材料（flexibel gewalztes Material）の使用もまた既に公知である。このように圧延された材料からは、長さにわたって変化する金属薄板厚さを有する管又は成形体を製造することができる。

ボディ構造にこのような管又は成形体を取り付ける場合には、平らな金属薄板への取付けに問題の生じることがある。このような取付けは例えば、管又は成形体によってルーフ、ドア又はフードのような面状部分を補強することが望まれている場合に、必要である。

ゆえに本発明の課題は、ボディ領域における改善された結合可能性を有する管又は成形体を提供することである。

この課題を解決するために本発明の構成では、閉鎖された横断面を有する金属薄板製のフランジ管において、管本体の金属薄板から一体的に形成された長手方向に延びる少なくとも１つのフランジが設けられているようにした。

本発明のように構成されていると、必要な取付けを、管本体の湾曲した横断面において行う必要がなく、少なくとも１つの平らなフランジにおいて行うことができる。少なくとも１つのフランジは、全長にわたって延びていても、又は長手方向において必要な取付け領域に制限されていてもよい。後者の構成は、不要なフランジ区分を後から除去することによって得ることができる。しかしながらフランジ管を製造する際に、個々の長手方向フランジとフランジのない管区分とを所望の分布で生ぜしめるような裁断を行うと有利である。

同様に所望の取付け形式に応じて、少なくとも１つのフランジは、閉鎖された管本体に比べて異なった方向付け、つまり接線方向から半径方向に到るまでの方向付けを有することができる。すなわち本発明の別の構成では、少なくとも１つのフランジが、管本体に接線方向から半径方向に到るまでの方向付けで設けられている。

管本体を閉鎖された横断面に閉鎖するためには、種々様々な輪郭が可能である。択一的な第１の構成では、管本体の金属薄板がその自由縁部で、少なくとも１つのフランジの基部領域に突き合わせによって取り付けられている。択一的に、管本体の金属薄板がその自由縁部で、少なくとも１つのフランジの基部領域の内側に該基部領域を超えてオーバラップするように接触しているような構成も可能である。さらにまた、管本体の金属薄板が、管本体とは離れる方向に曲げられた自由縁部で、フランジの側部もしくは外側に該フランジに対して平行に接触しているような構成も可能である。また、等幅の２つのフランジ金属薄板が両縁部に沿って管本体から離れる方向に曲げられることも可能であり、この両フランジ金属薄板によって２層のフランジが形成される。すべての場合において管本体は少なくとも１つのフランジの基部領域の近くで該基部領域に沿って溶接されることができる。

強度要求に対する特別な対応において、管本体の金属薄板は横断面において変化する厚さを有することができる。力導入部が特別な負荷にさらされるような場合には、フランジが、閉鎖された管本体の金属薄板よりも大きな厚さの金属薄板から成っていると有利である。さらにまた、例えば特に大きな曲げ力が管本体に加えられるような場合には、管本体が、フランジに比べて大きな厚さの金属薄板から成っていてもよい。言い換えれば、フランジが、閉鎖された管本体の領域よりも薄い材料から成っていてもよい。フランジに比べて厚い管領域又は管区分は、曲げや拡開のような管における後続の変形ステップのための材料の予備（Materialreserve）としても役立つことができる。

本発明による管もしくはフランジ管の別の有利な構成では、管本体の金属薄板がその全長にわたって変化する厚さを有しており、この場合どこの箇所に最大負荷が加えられるか又はどこの箇所を車両衝突時に最も容易に変形できるようにしたいかに応じて、管本体の壁厚を両端部区分において中央領域に比べて、厚くすることも薄くすることもできる。この場合全長にわたるフランジの厚さは、全長にわたる管本体の壁厚に相当している。

壁厚の変化は明瞭に行うことができ、例えば薄壁の領域が厚壁の領域の厚さの１５〜５０％の厚さを有するような構成が可能である。

構成される製品のその他の寸法について付言すれば、閉鎖された管本体の領域における直径は３０〜１５０ｍｍであり、少なくとも１つのフランジの幅は２０〜５０ｍｍである。

さらにまた、管本体が少なくとも１つのフランジのない長手方向区分を有することも可能である。

本発明の別の課題は、閉鎖された横断面を有する管本体と、該管本体の金属薄板から一体的に形成された長手方向に延びる少なくとも１つのフランジとを備えたフランジ管を製造するための適宜な方法及び装置を提供することである。

この課題を解決するために本発明の方法では、閉鎖された横断面を有する管本体と、該管本体の金属薄板から一体的に形成された長手方向に延びる少なくとも１つのフランジとを備えたフランジ管を製造する方法において、第１の下側の曲げ鍛造型において、ポンチを用いて、互いに平行な脚を備えた横断面Ｕ字形の成形体を製造し、第２の下側の曲げ鍛造型において、上側の曲げ鍛造型を用いて、両方の脚から閉鎖された横断面を有する管本体を製造し、この際に脚のうちの少なくとも１つから、長手方向に延びる少なくとも１つのフランジを形成するようにした。

本発明の方法では、長さの異なった脚を備えた横断面Ｕ字形の成形体を形成すると有利であり、この場合長い方の脚から最終的にフランジが形成される。択一的に、等しい長さの脚を備えた横断面Ｕ字形の成形体を形成することも可能であり、この場合には両方の脚から、二層のフランジの互いに平行に位置するフランジ金属薄板が形成される。最後に、管本体は少なくとも１つのフランジの基部領域において溶接される。特に安価な方法では、管本体の溶接を、少なくとも１つのフランジと第３の部分との結合と同時に行う、つまり車両ボディ構造への組込み時に初めて行う。

金属薄板をＵ字形に丸く曲げるための装置は、基本的には公知であり、第１の方法ステップにおいて、上に述べた方法のためにも使用される。この装置は、半円筒形の横断面を備えた下側鍛造型と、該下側鍛造型に接続している互いに平行な２つの側面と、ほぼ円筒形の相応なポンチとから成っている。本発明による製品を製造するために、本発明の装置では、閉鎖された横断面を有する管本体と、該管本体の金属薄板から一体的に形成された長手方向に延びる少なくとも１つのフランジとを備えた、金属薄板製のフランジ管を製造する装置において、ほぼ半円筒形の受容凹部を備えた下側鍛造型と、ほぼ半円筒形の成形凹部を備えた上側鍛造型とが設けられていて、該上側鍛造型の成形凹部が、下側鍛造型の受容凹部を補足して円筒形の横断面を形成するようになっており、上側鍛造型の成形凹部内に、長手方向に延びるブレードと、該ブレードに対して平行に延びていて少なくとも１つのフランジを受容するために働く少なくとも１つの平らな長手方向スリットとが形成されているようにした。

本発明による装置において、長手方向スリットが２つ設けられている場合には、第１の長手方向スリットに比べて僅かな深さ又は同じ深さを有する第２の長手方向スリットを、長手方向に延びるブレードの反対側に形成することが可能である。

本発明による装置の有利な構成では、長手方向に延びるブレードに対して平行に成形凹部内に、少なくとも１つの平らな長手方向スリットに対して僅かな深さを有する第２の平らな長手方向スリットが、管本体から離れる方向に曲げられた自由な縁部を受容するために形成されている。

このような装置を使用すると、Ｕ字形成形体の短い自由な脚が丸曲げ時に長手方向ブレードに突き当たるように当接し、これに対して長い方の自由な脚は長手方向ブレードの他方の側において外方に向かって曲げられて、長手方向スリット内に進入し、これによってフランジが形成される。自由な縁部がフランジの外側に接触していて該フランジと溶接されることが望まれている場合には、僅かな深さを有する第２の長手方向スリットが長手方向ブレードの第１の側に形成されていると有利であり、このようになっていると、この第２の長手方向スリット内に、短い方の脚の短い部分が曲げられて進入する。二層のフランジの２つのフランジ金属薄板を形成するためには、等しい深さの２つの長手方向スリットが長手方向ブレードの両側に形成されていて、この場合には両長手方向スリット内に同じ長さの２つの脚が対称的に曲げられて進入する。

本発明による装置の有利な構成では、長手方向に延びるブレードに対して平行に成形凹部内に、少なくとも１つの平らな長手方向スリットに対向して、該長手方向スリットに比べて僅かな深さを有する第２の平らな長手方向スリットが、管本体から離れる方向に曲げられた自由な縁部を受容するために形成されている。

本発明による装置の別の有利な構成では、長手方向に延びるブレードに対して平行に成形凹部内に、少なくとも１つの平らな長手方向スリットに対向して、該長手方向スリットと同じ深さを有する第２の平らな長手方向スリットが、二層のフランジのための第２のフランジ金属薄板を受容するために形成されている。

次に図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。

図１には、本発明によるフランジ管１１の種々異なった構成が横断面で示されており、この場合すべての構成において、閉鎖された管本体１２と、この管本体１２から一体的に形成された縦長フランジ１３とは共通である。管本体１２の金属薄板の自由な縁部１４は、突き合わせ部においてフランジ１３の基部領域１５に突き当たっている。管領域１２の横断面は真円であり、フランジ１３は管領域１２から該管領域に対して半径方向外側に方向付けられて延びている。

図１のａ）では管本体１２及び縦長フランジ１３は、コンスタントな厚さの金属薄板から形成されている。

図１のｂ）では、管本体１２は自由端部１４からフランジ１３の基部領域１５に到るまで、厚い金属薄板から形成され、これに対してフランジ１３は薄い金属薄板から形成されている。

図１のｃ）では、管本体１２は自由端部１４からフランジ１３の基部領域１５に到るまで、薄い金属薄板から形成され、これに対してフランジ１３は厚い金属薄板から形成されている。

図１のｄ）では、管本体１２はまず初め自由縁部１４から約９０°の領域にわたって厚く形成され、次に約１８０°の領域にわたって僅かな厚さを有しており、次いで再び大きな厚さへと移行し、この大きな厚さはフランジ１３の基部領域１５を超えてフランジ１３自体にまで続いている。

図１のｅ）では、管本体１２はまず初め自由縁部１４から約９０°の領域に僅かな厚さを有しており、次に約１８０°の領域にわたって大きな厚さを有し、次いで再び僅かな厚さへと移行し、この僅かな厚さはフランジ１３の基部領域１５を超えてフランジ１３自体にまで続いている。

図２に横断面図で示された種々異なった構成のフランジ管はそれぞれ、コンスタントな厚さの金属薄板から形成されている。同一部分に対しては、図１におけるのと同じ符号で示されている。矢印１７によってそれぞれ、管本体１２の閉鎖時におけるエネルギ導入の方向及び場合によっては溶接材料導入の方向が示されている。

図２のａ）の構成では、基部領域１５への自由な縁部１４の突き合わせ溶接時に、外側からすみ肉溶接シーム１６が形成されている。

図２のｂ）では、自由な縁部１４が基部領域１５を超えて該基部領域の内側にオーバラップしている場合におけるスルー溶接シーム（Durchschweissen）１６が示されている。

図２のｃ）では、外方に向かって曲げられた自由縁部１４がフランジ１３に接触していて、この自由縁部１４とフランジ１３とが互いに重なっている領域においてスルー溶接１６が行われている。

図２のｄ）では、自由縁部１４が外方に向かって曲げられていて、基部領域１５の外側においてフランジ１３と自由縁部１４とが外側でオーバラップしており、しかも付加的に第３の部分１８が示されており、このように構成されていると、管本体１２は、第３の部分１８との結合時に初めて閉鎖される。

図２のｅ）では、自由縁部１４が基部領域１５の内側に突き合わせられていて、溶接シーム１６は内側からの付加的な溶接金属によって形成されている。この構成は、比較的短いフランジ管の場合にしか問題なく行うことができない。

図３においても、既に述べた図１及び図２におけると同じ部分には、同一符号が使用されている。図示のフランジ管１１においてはそれぞれ、自由縁部１４を起点として管本体１２の一部が約１２０°の角度にわたって切り取られている。図面には管本体１２の残りと、半径方向外側に向かって曲げられたフランジ１３が示されている。管本体１２はこの場合、長さにわたって変化する厚さを有する金属薄板から形成されており、厚さの変化は特に下側に位置する切断縁部において良く分かる。

図３のａ）では、金属薄板の厚さはフランジ管１１の両端部１９,２０に向かって減じられており、これに対して金属薄板の厚さは中央領域において増大している。

図３のｂ）では、金属薄板材料の厚さは、軸方向における両端部１９,２０に向かって増大しており、これに対してフランジ管１１の中央領域においては減じられている。

図４には、本発明によるフランジ管を製造する装置及び方法が示されている。図４のａ）では平らな金属薄板２１が、横断面Ｕ字形の成形凹部２３を備えた第１の下側鍛造型２２に載せられている。下側鍛造型２２の上方には、円形横断面を有する作業領域２５を備えた曲げポンチ２４が示されている。

図４のｂ）では、ポンチ２４は下側鍛造型２２内に押し込まれ、この際に金属薄板２１は横断面Ｕ字形に曲げられていて、短い脚２８と長い脚２９とを有している。両方の脚２８,２９は、成形凹部２３の平行な領域２６,２７に接触しているので、互いに平行に延びている。

図４のｃ）では、金属薄板が挿入された半円筒形の成形凹部３１を備えた第２の下側鍛造型３０に、上側鍛造型３２が上から押し付けられており、この上側鍛造型３２は半円筒形の成形凹部３３を有しており、この成形凹部３３によって金属薄板は、ほぼ円形の横断面形状を備えた最終形状に曲げられる。成形凹部３３の内部には、半径方向内側に向かって延びるブレード３４が配置されており、このブレード３４に短い脚２８は当接し、これによって短い脚２８は管本体１２の自由縁部１４を形成する。さらに上側鍛造型３２には、ブレード３４のそばにスリット３５が配置されており、このスリット３５には、金属薄板の長い脚２９が円形曲げ時に進入し、これによって長い脚２９は半径方向外側に向かって曲げ出され、フランジ管１１のフランジ１３を形成する。図４のｄ１）に示されているように、管本体１２はフランジ１３の基部領域１５において溶接されることができる。またｄ２）に示されているように、管本体１２はブレードを備えていない別の曲げ鍛造型内において減径されて、基部領域１５に接続する管本体１２の部分と自由縁部１４とをオーバラップさせることができる。後者の場合には、オーバラップ領域における半径方向のスルー溶接が外側から可能である。

図５には、本発明によるフランジ管を製造する別の装置及び別の方向が示されている。図５のａ）では平らな金属薄板２１が、横断面Ｕ字形の成形凹部２３を備えた第１の下側鍛造型２２に載せられている。第１の下側鍛造型２２の上方には、円形横断面を有する作業領域２５を備えた曲げポンチ２４が示されている。

図５のｂ）では、ポンチ２４は下側鍛造型２２内に押し込まれ、この際に金属薄板２１は横断面Ｕ字形に曲げられていて、この場合同じ長さの２つの脚２８,２９を有している。両方の脚２８,２９は、成形凹部２３の平行な領域２６,２７に接触しているので、互いに平行に延びている。

図５のｃ）では、金属薄板が挿入された半円筒形の成形凹部３１を備えた第２の下側鍛造型３０に、上側鍛造型３２が上から押し付けられており、この上側鍛造型３２は半円筒形の成形凹部３３を有しており、この成形凹部３３によって金属薄板は、ほぼ円形の横断面形状を備えた最終形状に曲げられる。成形凹部３３の内部には、半径方向内側に向かって延びるブレード３４が配置されており、このブレード３４に脚２８,２９はまず初め当接する。さらに上側鍛造型３２には、ブレード３４のそばで両側にそれぞれ配置された２つのスリット３５,３６が設けられており、これらのスリット３５,３６内には金属薄板の脚２８,２９が円形曲げ時に進入し、これによって脚２８,２９は半径方向外側に向かって曲げ出され、フランジ管１１の等しい幅のフランジ１３,１３′を形成する。図５のｄ）に示されているように、管本体１２はフランジ１３,１３′の領域において溶接されることができる。スリット３６をスリット３５よりも短く選択すると、図２ｃに示されたような輪郭を有するフランジ管を形成することもできる。

本発明による管の種々異なった実施例を示す横断面図であって、ａ）は横断面で見てコンスタントな壁厚さを備えた実施例、ｂ）はフランジに比べて管領域において大きな壁厚さを備えた実施例、ｃ）はフランジに比べて管領域において小さな壁厚さを備えた実施例、ｄ）はフランジおいて最大壁厚さを有していて管領域において変化する壁厚さを備えた実施例、ｅ）はフランジおいて最小壁厚さを有していて管領域において変化する壁厚さを備えた実施例を示す横断面図である。本発明による管の突き合わせ部における種々異なった実施例および溶接シームの種々異なった構成を示す横断面図であって、ａ）は第１の構成における突き合わせ溶接部を備えた実施例、ｂ）は管本体において内側でオーバラップする実施例、ｃ）はフランジにおいて外側でオーバラップする実施例、ｄ）は第３の部分を備えた外側でオーバラップする実施例、ｅ）は第２の構成における突き合わせ溶接部を備えた実施例を示す横断面図である。長手方向において壁厚が変化する本発明による管を長手方向で断面して示す斜視図であって、ａ）は軸方向両端部において壁厚が減じる実施例、ｂ）は軸方向両端部において壁厚が増大する実施例を示す横断面図である。本発明による方法及び本発明による装置の第１実施例を示す図であって、ａ）は第１段階における第１の下側鍛造型とポンチとを示し、ｂ）は第２段階における第１の下側鍛造型とポンチとを示し、ｃ）は第３段階における第２の下側鍛造型と上側鍛造型とを示し、ｄ１）は第１実施例による半製品の溶接形態を示し、ｄ２）は第２実施例による半製品の溶接形態を示す図である。本発明による方法及び本発明による装置の第２実施例を示す図であって、ａ）は第１段階における第１の下側鍛造型とポンチとを示し、ｂ）は第２段階における第１の下側鍛造型とポンチとを示し、ｃ）は第３段階における第２の下側鍛造型と上側鍛造型とを示し、ｄ）は第２実施例による半製品の溶接形態を示す図である。

符号の説明

１１フランジ管、１２管本体、１３,１３′ フランジ、１４自由な縁部、１５基部領域、１６溶接シーム、１７矢印、１８第３の部分、１９,２０端部、２１金属薄板、２２下側鍛造型、２３成形凹部、２４曲げポンチ、２５作業領域、２６,２７領域、２８,２９脚、３０下側鍛造型、３１成形凹部、３２下側鍛造型、３３成形凹部、３４ブレード、３５スリット、３６スリット

Claims

閉鎖された横断面を有する金属薄板製のフランジ管（１１）であって、管本体（１２）の金属薄板から一体的に形成された長手方向に延びる少なくとも１つのフランジ（１３）が設けられていることを特徴とする、フランジを一体的に備えた管。
閉鎖された横断面を有する管本体（１２）と、該管本体（１２）の金属薄板から一体的に形成された長手方向に延びる少なくとも１つのフランジ（１３）とを備えたフランジ管（１１）を製造する方法であって、
第１の下側の曲げ鍛造型（２２）において、ポンチ（２４）を用いて、互いに平行な脚（２８,２９）を備えた横断面Ｕ字形の成形体を製造し、
第２の下側の曲げ鍛造型（３０）において、上側の曲げ鍛造型（３２）を用いて、両方の脚（２８,２９）から閉鎖された横断面を有する管本体（１２）を製造し、この際に脚（２８,２９）のうちの少なくとも１つから、長手方向に延びる少なくとも１つのフランジ（１３）を形成することを特徴とする、フランジを一体的に備えた管を製造する方法。
閉鎖された横断面を有する管本体（１２）と、該管本体（１２）の金属薄板から一体的に形成された長手方向に延びる少なくとも１つのフランジ（１３）とを備えた、金属薄板製のフランジ管（１１）を製造する装置であって、
ほぼ半円筒形の受容凹部（３１）を備えた下側鍛造型（３０）と、ほぼ半円筒形の成形凹部（３３）を備えた上側鍛造型（３２）とが設けられていて、該上側鍛造型（３２）の成形凹部（３３）が、下側鍛造型（３０）の受容凹部（３１）を補足して円筒形の横断面を形成するようになっており、上側鍛造型（３２）の成形凹部（３３）内に、長手方向に延びるブレード（３４）と、該ブレードに対して平行に延びていて少なくとも１つのフランジ（１３）を受容するために働く少なくとも１つの平らな長手方向スリット（３５）とが形成されていることを特徴とする、フランジを一体的に備えた管を製造する装置。