JP2020500714A - 少なくとも部分的に硬化された異形構成部材を製造するための方法および半製品 - Google Patents

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Abstract

【課題】開発プロセスの簡素化並びに必要な製造機械の投資費用の低減を可能にする、改善された方法およびそのための改善された半製品を提供する。【解決手段】少なくとも部分的に硬化された異形構成部材（２）の製造方法であって、まず、その伸長線（２２）に沿って同形の断面形状（９，１０）を有する第１の異形材セグメント（１９）と、その伸長線（２２）に沿って非同形の断面形状（９，１０）を有する第２の異形材セグメント（２０）とを、接合箇所（６）で互いに接合し、半製品（１）の少なくとも一部分を形成し、第１と第２の異形材セグメント（１９，２０）は、そのために接合箇所（６）において実質的に互いに一致する断面形状（９，１０）を有し、前記半製品（１）は、硬化温度への加熱（２５）後に成形工具（１１）内での内部高圧成形（２６）またはプレスによって異形構成部材（２）に成形され、該異形構成部材は、前記成形工具（１１）内での成形（２６）後に、急冷（２７）によって硬化される。【選択図】図２

Description

本発明は、少なくとも部分的に硬化された異形構成部材（構造部材）を製造するための方法に関する。この方法では、半製品が、成形工具内での硬化温度への加熱後に内部高圧成形またはプレスによって異形構成部材に成形され、この異形構成部材が成形工具内での成形後に、急冷によって硬化される。
とりわけ本発明は、自動車、例えばＡピラー、Ｂピラーまたは他のフレーム部材用の構造的異形構成部材に関するものであり、この異形構成部材は、自立式車体の製造のために使用することができる。とりわけこの異形構成部材は、オープンカー用のＡピラーとすることができる。
この種の異形構成部材には、一方では、例えば自動車の事故安全性を高めるために強度に関して高い要求が課せられる。他方では、この要求に対して、現代の自動車製造では、形状付与並びに軽量構造要件に関する高いフレキシビリティへの要望が拮抗する。
とりわけ自動車製造に使用される上記の異形構成部材は、その機械的強度に関しても種々の要求を受ける。この種の構成部材は、例えば第１部分においては機械的に比較的硬く、別の部分においては容易に変形可能であるように構成することが望まれる。例えばＡピラーまたはＢピラーは自動車の衝撃吸収ゾーンの一部として、衝突事故時に最大負荷の領域において屈服しないようにするために領域的に比較的高い強度を有しなければならない。他方では同じ構成部材が、その変形によって可及的に多くの衝突エネルギーを変形仕事に変換すべきである。オープンカー用のＡピラーでは、例えば、Ａピラーが、車両乗客の生存空間を保証するために、横転事故の際にフロントウィンドの窓フレームを十分に保護することが必要である。したがってこのようなＡピラーは、特にフェンダと窓フレームとの間の移行領域において特別に高い強度を有していなければならない。そのために往々にして異形構成部材が使用され、この異形構成部材は、その伸長線に沿って不均等な断面を有し、これにより例えば特定の箇所において特定の方向に特に曲げ剛性を大きくする。このことは、それぞれの構成部材の伸長線に沿って断面形状が、例えば円形の基本形状から箱形状に、そして再び円形または楕円形の形状に移行することを意味し、これにより、構成部材の種々の箇所において、異形材のそれぞれセクションに関連する外周部および種々の異形材断面の対応の移行部を確保する。
この種の構成部材は、例えばいわゆるＵ−Ｏ曲げ加工法（U-O-Biegeverfahren）によって作製することができ、この曲げ加工法では、平坦な薄板ブランク（Blechplatine）から断面がＵ字形の構成部材がまず作製され、次にこの構成部材が第２の作業ステップで閉じたＯ型異形材に変形される。同時に、このようなＵ−Ｏ曲げ加工法では構成部材をその伸長線の方向に湾曲させることができ、これにより元は直線として構成された伸長線が２次元または３次元の伸長曲線に変形される。このようにして、例えば、さらなる作業ステップで、未加工品に導入された成形マンドレルによって断面の陥没（Einfallen）を保障する半製品を形成することができる。この種の方法は、例えば特許文献１から公知である。しかしこの方法は、半製品の少なくとも一端部および完成した構成部材の一端部が、引抜マンドレル（Ziehdorn）を受け入れるために十分に大きな断面形状を有しなければならないという欠点を有する。これにより、最終形態を開発する際に形状設計の自由度が制限される。
特許文献２から、このようなＵ−Ｏ曲げ加工法のための支持コアが公知である。この支持コアは、薄板ブランクを成形するための装置において構造化された中空異形材に使用される。この支持コアは、互いに結合された複数の支持部材を有し、個々の支持部材は、互いに押し込まれた位置において少なくとも部分的に平坦に、作製すべき中空異形材の内側輪郭を形成し、結合要素を介して互いに結合されている。対応の製造方法では、まず薄板ブランクがＵ字形に成形される。次に支持コアがＵ字形の薄板ブランクに取り込まれ、これに基づき薄板ブランクがＵ−Ｏ変形またはロール・イン技術（Einrolltechnik）によって中空異形材に成形される。
特許文献３から、閉じた異形材（プロフィル部材）を製造するための方法および装置が公知である。ここでは薄板ブランクが、第１のダイの側壁の、上方を指すエッジ上に載置される。Ｕ字形スタンパが、第１のダイの金型に進入され、これにより薄板ブランクが予成形される。第１のダイの側壁を金型に対して相対的に移動させることにより、薄板ブランクは少なくとも部分的にＵ字形の断面形状に成形され、その際にＵ字形スタンパは、第１のダイの金型内に位置決めされたままである。次にＵ字形スタンパが、Ｕ字形に成形された薄板ブランクおよび第１のダイの金型から除去され、支持コアがＵ字形に成形された薄板ブランクに取り込まれる。そしてさらに、対向する第２のダイが第１のダイに対して位置決めされる。第１のダイの側壁上に載置している第２のダイの側壁を介して、第１のダイの側壁が第１のダイの金型に対して相対的にスライドされ、これによりＵ字形に湾曲された薄板ブランクが閉じた断面形状を備える異形材に成形される。
自動車用の構造構成部材を製造するために、さらに、中空異形材を内部高圧によって最終形態に成形することが公知である。これに関し、特許文献４から、加熱された中空未加工品をブロー成型するための製造方法が公知であり、中空未加工品は、引き続き、同じ成形工具内で拡張に続いて冷却媒体を導入することにより急冷され、したがって構成部材は成形工具からの取出しの際にすでに硬化されている。
さらなる内部高圧成形方法が、例えば特許文献５および特許文献６から公知である。
特許文献５から公知の方法では、円形ないし環状の断面形状を有するパイプが部分ごとに、断面形状がパイプの伸長線に沿って先細になるように成形される。次に、このように成形されたパイプは、曲げ加工法を使用して２次元または３次元の曲線にしたがう形状にもたらされる。引き続き、そのように形成された半製品が、ハイドロフォーミングによって最終形態に成形される。先行の成形ステップ中の加工硬化（Kaltverfestigung）に基づきハイドロフォーミング中に材料が破損するのを回避するために、半製品を中間で加熱処理することが必要であり、これによりハイドロフォーミングステップのために半製品を成形可能にする。ここでこの半製品は、互いに溶接され、すでに円錐形に予成形された２つの異形材セグメントから組み合わせることができ、これらは、溶接に続いて、曲げ機械内で予定の最終形態に近似的に湾曲される。しかし全体としてこの方法はかなり面倒に構成されている。なぜなら、半製品の製造の際に引き起こされる加工硬化を加熱処理によって、ハイドロフォーミングの前に解消しなければならないからである。
特許文献６から公知の方法によれば、予成形されたパイプ状の２つの異形材セグメントからなる半製品を企図することができる。その際にそれぞれの異形材セグメントの端部は、引き続く内部高圧成形のための気密な閉鎖を保証するために、互いに入り込むように加工される。このことはさらに、２つの異形材セグメントの端部を特別に処理することを必要とする。これにも、２つの異形材セグメント間で気密な閉鎖を達成するために高い公差要求が課せられる。そして異形構成部材の最終形態では２つの異形材セグメントが、半径方向に周回する材料的な結合によって組み合わされる。しかしこの結合は、製造すべき異形構成部材の最終形態に影響を及ぼす。
特許文献４から公知の方法を、前に記述したＵ−Ｏ異形材成形法により製造された半製品に適用することも考えられる。しかしこのような企図には問題がある。すなわち、時折１ｍ超の長さに達することもある半製品を製造するために、前記のＵ−Ｏ曲げ加工法を実施できるようにするには、約１ｍを超える非常に長いストロークを有する特別のプレス機が必要である。さらに対応の半製品は、その後の高圧成形プロセスのための工具と共に繰り返し開発されるが、その際に、半製品および最終製品において製造可能要件に基づく形状変化がそれぞれ他の方法に影響を及ぼす。したがって対応の構成部材の開発は、特に面倒である。
EP 2 205 370 B1 EP 2 282 853 B1 DE 10 2009 003 668 A1 WO 98/543 70 A1 WO 2010/105341 A1 DE 10 2007 018 281 A1 EP 2 205 370 B1 EP 2 282 853 B1 DE 10 2009 003 668 A1
これを背景に本発明の基礎とする目的は、開発プロセスの簡素化並びに必要な製造機械の投資費用の低減を可能にする、改善された方法およびそのための改善された半製品を提供することである。
この目的は、請求項１による方法並びに請求項８による半製品によって解決される。
少なくとも部分的に硬化された異形構成部材を製造するための本発明の方法では、まず、伸長線に沿って同形の断面形状を有する第１の異形材セグメントと、伸長線に沿って非同形の断面形状を有する第２の異形材セグメントとを、接合箇所で互いに接合して、半製品の少なくとも一部分を形成し、第１と第２の異形材セグメントは、前記接合箇所において実質的に互いに一致する断面形状を有する。硬化温度（硬化処理可能な温度）への加熱後に半製品は、成形工具内で内部高圧成形またはプレスによって異形構成部材に成形され、この異形構成部材は、その後、成形工具内で、急冷によって硬化される。
例えば第１の異形材［セグメント］は、円形パイプとして構成することができる。その代わりに、第１の異形材セグメントを（伸長線に沿って）一様な形の楕円または箱形異形材として構成することができる。２つの異形材セグメントは、比較的簡単で良好に取り扱うことのできる異形材圧延プロセスで作製することができる。これにより、半製品のそれぞれの部分に対する製造コスト、および対応の工具の投資費用が有意に低減される。
本発明はさらに、これにより作製された異形構成部材が機械的特性に対する所要の要求を満たすためには、少数の領域、またはただ1つの領域だけを、２つの同形の異形材セグメントの間の移行領域として、構成しなければならないことから出発する。少数の領域またはただ一つの領域は、例えばその伸長線に沿って非同形の断面形状を備える第２の異形材セグメントの形態で構成できる。このようにして例えばオープンカーのＡピラーにおいて、この第２の異形材セグメントの全長が、約１．５ｍから約０．４ｍに短縮される。これにより格段に小型であり、さらに好適な工具を使用することができる。
すでに最終成形された異形材部分を１つの異形構成部材に後から接合接続することも同様に考えられるが、これと比較して本方法は、異形材セグメントの製造プロセスにより、あるいは異形材セグメント間に接合接続を形成することにより組織変化が（Gefuegeveraenderungen）発生する場合、異形材セグメント内のこの組織変化が自動的に補償されるという利点を有する。完成した異形構成部材には、内部高圧成形前の熱処理に基づき、このような組織変化がもはや出現しない。
したがって第１の異形材セグメントは幾何学的に非常に簡単に、安価に作製することができる。そして半製品を作製するためのコストの掛かる変形的成形ステップは第２の異形材セグメントに限定される。
成形工具内における変形的成形（Umformen）は、簡単なプレス機によって行うことができる。これはとりわけ幾何学的に簡単な異形構成部材の場合であり、このような異形構成部材ではプレス工程に基づく異形材の陥没が全く、または許容可能な程度でしか予期されない。これに対して異形材の陥没（ないしへこみ Einfallen）を阻止しなければならない場合、すなわち半製品壁部が成形工具の輪郭に確実に当接しなければならない場合、内部高圧成形が適用される。
本発明の方法の有利な一構成によれば、第２の異形材セグメントは、その製造の際に、断面形状が第１の異形構成部材の断面形状と実質的に一致する接続端部と共に形成される。これにより、異形材セグメントを互いに接合するのに必要な断面形状の適合を、いずれにしろコストの掛かる第２の異形材セグメントに移行することができ、これにより第１の異形材セグメントを立体的形状においてさらに簡単かつ安価に製造することができる。
好ましくは異形材セグメントの接合は、材料結合的に、例えば溶接により、特に好ましくはレーザ溶接により、とりわけ軌道レーザ溶接により行うことができる。この種の接合作業により、異形材セグメントの間に接合接続を特に簡単に作製することができる。ここで異形材セグメントは、特に好ましくはバット式（stumpf）で互いに接合される。このことは、製造装置における高いスループットを可能にする。
本発明の改善形態では、第１または第２の異形材セグメントに少なくとも１つの第３の異形材セグメントを接合することができ、この第３の異形材セグメントはその伸長線に沿って同形または非同形の断面形状を有する。このようにして半製品が製造され、この半製品は、所望の最終形態に応じてすでに予成形されており、したがって後で行われる内部高圧成形プロセスに最適に適合されている。これにより特に安価な半製品が異形構成部材の作製のために製造される。さらにこの異形構成部材は、部分ごとに異なる機械的要求に対応することができ、または最終形状形態に基づき、大きく異なる変形度をもって作製しなければならないものである。
とりわけ、異形材セグメントの少なくとも１つは、硬化可能な合金から作製することができる。このことは、それぞれの合金を硬化温度への加熱、および引き続く急冷、すなわち急速に冷却することにより硬化可能であることを意味する。ここでこの合金は、好ましくは鋼、とりわけボロン（ないし工具）合金鋼（bohrlegierten Stahl）からなる。硬化過程では、構成部材が硬化温度に加熱される。
用語の説明のために、硬化温度とは、組織変態温度よりも高い温度であり、この組織変態温度は、例えば鋼材においてオーステナイト組織への組織変態のための温度であることを述べておく。引き続く急速冷却、すなわち急冷により、組織はマルテンサイト組織に変態し、このマルテンサイト組織は、冷却された状態において材料中に持続的に維持される。マルテンサイト組織は、出発組織よりも硬い。硬化可能な合金において硬化後の材料硬度は、前に存在した硬度よりも格段に高い。とりわけこのために鋼材料、とりわけ好ましくはボロン合金鋼が適する。このようにして少なくとも部分的に高い強度を有する鋼構成部材が形成される。対応する鋼種に対する一例が、２２ＭｎＢ５（http://www.salzgitter-flachstahl.de/fileadmin/mediadb/szfg/informationsmaterial/produktinformationen/kaltgewalztes_feinblech/deu/22mnb5.pdfで閲覧することのできるＳＺＦＧ材料Werkstaffblatt１１−１１２、Ｓｔａｎｄ０５／１４参照)である。
好ましい一実施形態によれば、内部高圧成形は、成形媒体としての、圧力の印加されるガスによって、とりわけ３００〜６００ｂａｒの圧力において行われる。急冷は、別個の冷却媒体によって行われ、この冷却媒体は、内部高圧成形の後に成形工具内に、とりわけ成形された異形構成部材内に導入される。
半製品を最終的に成形された異形構成部材に、圧力の印加されたガスによって変形的成形することは、一方では、前記の圧力範囲でのガスの提供が、例えばハイドロフォーミングで使用されるような、圧力下に置かれた液体の提供よりも格段にコスト的に有利であるという利点を有する。
半製品の内部高圧成形ないしプレス加工は、本発明によれば、例えば９５０℃より高い硬化温度で行われる。この温度は、所望の硬化を達成するために急冷の開始時まで存在しなければならない。成形中の高温は鋼の可塑性を高め、これにより鋼を圧力印加されたガスにより、圧力下で成形することができる。この圧力は、ハイドロフォーミングで一般的な圧力よりも格段に低い。
さらにガスは、液体よりも基本的に小さな熱容量と伝熱性を有する。したがって成形媒体の導入によって、半製品の温度はほとんど低下しない、これに対して、冷却媒体として好ましくは比較的に伝熱性ないし熱容量の高いガスまたは液体が使用され、例えば、水または水とオイルのエマルジョンを冷却媒体として使用することができる。好ましくは、内部高圧成形方法および引き続く急冷は、特許文献４に開示された方法に基づくことができる。
本発明の好ましい一形態では、第1の異形材セグメントを異形材圧延法、とりわけロールまたはドラム成形法（Roll- oder Walzprofilieren）により、第２の異形材セグメントをＵ−Ｏ曲げ加工法により形成する。Ｕ−Ｏ曲げ加工法に対する一例は、Thyssen-Krupp社のいわゆるＴ３（登録商標）法であり、例えば特許文献７、特許文献８または特許文献９に記載されている。
異形材セグメントの成形をロールードラム成形法ないしＵ−Ｏ曲げ加工法によって行った後、それぞれの異形材セグメントは、順次湾曲された側面の境界箇所において、好ましくは溶接によって１つの閉じた中空異形材に接合される。この中空異形材は十分に液密であり、引き続く内部高圧成形法で拡張することができ、または少なくともプレス加工に続いて、急冷のために必要な冷却媒体を受け入れることができる。この溶接作業によって材料に取り込まれた組織変化および応力は、硬化温度への加熱の際に、その際に行われる組織変態プロセスによって十分に、またはそれどころか完全に補償される。したがって完成した異形構成部材における対応の境界箇所は脆弱箇所として、もはや出現しないか、またはほぼ出現しない。
本発明の基礎となる目的は、さらに、上記の請求項８によって解決される。請求項８は、伸長線の方向に順番に並べられた少なくとも２つの異形材セグメントを備える、少なくとも部分的に硬化された異形構成部材を製造するための半製品に関するものである。前記２つの異形材セグメントは、半製品が内部高圧成形またはプレス加工によって成形可能であるように、接合箇所において互いに接合されており、第1の異形材セグメントは同形の断面形状を、第２の異形材セグメントは非同形の断面形状をそれぞれの伸長線に沿って有し、これら異形材セグメントは接合箇所に、互いに実質的に一致する断面形状を有する。
このように構成され、好ましくは上記方法にしたがって製造された半製品は、プレス工程ないし内部高圧成形工程への特に良好な適合を可能にし、一方では、形成された異形構成部材の強度特性は、使用され、成形された材料の量に対して最適化されている。これにより、とりわけ現代の自動車における新規の軽量構造要求にも対応することができる。なぜなら、異形構成部材の僅かしか負荷されない箇所には、僅かな材料しか設けないようにすることができるからである。
本発明の好ましい一実施形態では、第２の異形材セグメントに、断面形状が第１の異形構成部材の断面形状と実質的に一致する接続端部を設けることができる。このことの利点は、２つの異形材セグメントを後で接合するために製造の際に必要な適合が、いずれにしろ製造が面倒な第２の異形材セグメントに集中されることであり、これにより第１の異形材セグメントは特に安価に簡単に製造可能である。
好ましくは異形材セグメントは、材料結合的に、例えば溶接によって、特に好ましくはレーザ溶接によって、とりわけ軌道レーザ溶接によって互いに接合することができる。ここで異形材セグメントは、接合箇所において好ましくはバット溶接（突き合わせ溶接）で互いに接合される接続端部を有する。この種の接合作業により、異形材セグメントの間に接合接続を特に簡単に作製することができる。ここで異形材セグメントは、特に好ましくはバット溶接で互いに接合される。このことは、製造装置における高いスループットを可能にする。
好ましくは半製品は、少なくとも１つの第３の異形材セグメントを有することができ、この第３の異形材セグメントは、その伸長線に沿って同形または非同形の断面形状を有する。
このようにして半製品を、所望の最終形態に応じてすでに予成形しておくことができ、したがって半製品は、後から行われる内部高圧成形工程に最適に適合されている。
本発明の特別の一形態によれば、少なくとも１つの異形材セグメントを合金から作製することができ、この合金は、硬化温度までの加熱および引き続く急冷によって硬化可能であり、この合金は、好ましくは鋼、とりわけボロン合金鋼からなる。
本発明の方法およぶ本発明の半製品では、異形材セグメントおよび／また半製品の伸長線は、少なくとも部分的に、少なくとも１つの直線および／または２次元曲線および／または３次元曲線にしたがうことができる。
これにより半製品は、異形構成部材の最終形態に対応して、すでに予め成形ないし湾曲することができ、これにより内部高圧成形法の際に必要な変形度が、それぞれの材料に対して許容される程度にまで低減される。とりわけ第２の異形材セグメントは、２次元および／または3次元曲線にしたがうことができる。ここで、第1の異形材セグメントまたは第２の異形材セグメントに固定されたさらなる異形材セグメントは、直線状に成形されており、したがって伸長線の方向で直線にしたがう。このようにして、例えば異形材セグメントの曲げ加工のような面倒な製造ステップ、あるいは湾曲した形状の作製が、製造するのにいずれにしろコストの掛かる第２の異形材セグメントに集中される。
それぞれの異形材セグメントの伸長部（Erstreckung）とは、引き続き成形工具内で変形的に成形される部分を意味する。場合により異形材セグメントの端部に設けられる円錐形の拡張部は、内部高圧成形媒体ないし冷却媒体のための供給パイプを接続するために必要なものであり、「伸長部」には属さない。
本発明のさらなる目標、利点、特徴および適用可能性は、図面に基づく一実施例の以下の説明から生じる。ここで記載するおよび／または図示する全ての特徴（複数）は、単独でも、または意味のある任意の組み合わせにおいても、本発明の対象を形成し、特許請求の範囲およびそれらの引用関係における組み合わせにも依存しない。図面は一部で概略的である。
本発明の第１の異形材セグメント、第２の異形材セグメント、および一異形材セグメントの接合前の図である。 本発明の一半製品の側面図である。 本発明の一異形構成部材の左からの側面図である。 本発明の一異形構成部材の右からの側面図である。 第１の異形材セグメントおよび第２の異形材セグメントからなる半製品を下方から見た概略図である。 第１の異形材セグメントおよび第２の異形材セグメントを備える半製品を下方から見た概略図である。 本発明の製造装置の概略図である。 本発明の製造方法を個々のステップで示す概略図である。
同じ構成部材または同じに作用する伊構成部材には、一実施形態に基づく以下に示す図面中、より読み易くするために参照符号が付されている。
図１には、本発明の半製品１が作製される構成部材が概略的に示されており、この半製品は、互いに接合された状態で図２に示されている。これにより製造された異形構成部材２は、左からの側面が図３に、右からの側面が図４に示されている。
本例では、異形構成部材２によってオープンカーのＡピラー８が形成される。このＡピラーは、車両の例えば横転のために特に堅固に構成しなければならない。とりわけここでは、上側パイプ３と下側パイプ４との間の領域は特に堅固に構成しなければならず、この領域は本例では中間部材５によって形成されている。
図１には右上方に上側パイプ３が示されており、この上側パイプは、本発明の意義において第１の異形材セグメント１９を形成する。異形材セグメント１９は、その伸長線に沿って同形の断面形状を有する。このことは、本例で例えば円形の断面形状９は、伸長線（Erstreckung）２２に沿っていずれの箇所でも同形であることを意味する。伸長線２２自体は、第１の異形材セグメント１９における本例の場合、直線３４［２９］にしたがう。端部側では第１の異形材セグメント１９に少なくとも１つの接続端部３１が設けられている。例えば図５に見ることのできる同形の断面形状によって、第１の異形材セグメント１９の接続端部３１も同様に同形式に構成されている。２つの接続端部（複数）３１の代わりに、一端部に図示しない円錐形の拡張部を、成形媒体ないし冷却媒体を供給するための接続パイプを密に受け入れるために設けることができる。このような円錐形の拡張部は、「伸長線」とみなす必要のない、それぞれの異形材セグメントの一部分にある。
第２の異形材セグメント２０は、伸長線２２に沿って非同形の断面形状９，１０を有する。この断面形状は、本例では、接続端部３１［３５］から発して第２の異形材セグメント２０の接続端部３２［３６］に向かって拡張している。さらに第２の異形材セグメント２０の伸長線２２は、少なくとも２次元の曲線３０にしたがう。曲線３０は、３次元の曲線３０とすることもでき、３次元の曲線は、図１と２の図ではさらに付加的に紙面の中へ交叉する方向に伸長する。
中間部材５としての第２の異形材セグメントは、異なるように構成された２つの接続端部３５，３６を有する。ここで接続端部３５は、第２異形材セグメント２０の作製の際に、これが第１の異形材セグメント１９の接続端部３１と実質的に一致するように成形される。これは、２つの接続端部３１と３５は、例えばバット（突き当たり）当接で互いに当接し、単純な溶接作業によって互いに接続することができることを意味する。
第２の異形材セグメント２０において伸長線２２に沿って第１の接続端部３５に対向する第２の接続端部３６は、さらに、第３の異形材セグメント２１のさらなる接続端部３２と実質的に一致するように成形されている。第３の異形材セグメント２１は、図１の下方に示されている。これは、図２に示されたＡピラー８の下側パイプ４を形成し、基本的に第１の異形材セグメント１９と同じ特性を有する。しかしこれとは異なり、図６による第３の異形材セグメント２１の断面形状は、円形ではなく例えば楕円形の断面形状を有する。箱形または他の形式の、しかし伸長線２２の経過にわたって同形の断面形状を選択することも可能である。これら断面形状９，１０は、第１の異形材セグメント１９でも可能である。第１の異形材セグメント１９または他の異形材セグメント２０，２１には、さらなる別形式の異形材セグメントを、本発明の半製品１を形成するために接続することができる。
図２には、互いに接合された上側パイプ３、下側パイプ４およびそれらの間に接合された中間部材５を備える半製品が１が示されており、これらは接合箇所６，７において溶接されている。とりわけここでは、それぞれの異形材セグメント１９，２０，２１が粗く互いに当接される溶接法が適する。ここでは簡単なやり方で、レーザ溶接または軌道レーザ溶接を使用することができる。溶接フィラー（Schweisszusatz）の添加も可能である。
図２には、半製品１が同様に伸長線２２を有することが示されている。半製品は、結果として、非同形の断面形状をその伸長線２２に沿って有する。さらに半製品１の伸長線２２は、ここでは、２次元または３次元にも構成することのできる曲線３０にしたがう。
図３と４は、Ａピラー８の形に完成した異形構成部材２を示す。ここでは、図２に示した接合箇所６，７が、完成した異形構成部材２では、もはや出現しないか、またはほんの僅かにしか出現しないことが分かる。
図５と６には、異形材セグメント１９，２０，２１の異なる断面形状９，１０が示されている。断面形状９はほぼ円形であり、断面形状１０はほぼ楕円形に図示されている。円形または楕円形の代わりに、不規則に成形された輪郭または箱形とすることもできる。このことは、異形構成部材２の所望の最終形状、および半製品１が最終形態に成形される内部高圧成形法の製造パラメータに依存しない。
図７には製造装置３３が概略的に示されている。この製造装置では本発明の異形構成部材２を製造することができる。この製造装置３３は、半製品１６［１］を製造するための装置１６を有し、この装置には第１の異形材セグメント１９、すなわち上側パイプ３を作製し、並びに第３の異形材セグメント、すなわち下側パイプ４を作製および供給するためのパイプ供給部１４が配置されている。さらに半製品製造装置１６は、Ｕ−Ｏ加工ステーションを有し、この加工ステーションでは第２の異形材セグメント２０、すなわち中間部材５が作製される。次に、上側パイプ３、下側パイプ４および中間部材５は、半製品製造装置１６内で接合ステーション１３に供給され、この接合ステーションでは半製品１が、上側パイプ３、下側パイプ４および中間部材５を互いに接合することによって形成される。次に、半製品１は加熱装置１７に供給され、この加熱装置では半製品が硬化温度、例えば９５０℃より上の温度に加熱され、そして加熱状態で成形工具１１に、後の成形のために供給される。成形工具１１内では成形が行われる。半製品１は、プレスまたは内部高圧成形２６によって異形構成部材２に成形される。内部高圧成形２６では、圧力が印加され、場合により予熱されたガスが成形媒体として半製品１の内部に導入される。これにより半製品１の材料が、ガス圧の影響下で成形工具１１の輪郭に当接され、その際に異形構成部材２の最終形態を取る。このようにして形成された異形構成部材２は、差し当たり成形工具１１内に留まる。
成形媒体として用いられるガスは、引き続き成形工具１１から排出され、冷却媒体により置き換えられる。冷却媒体は、異形構成部材２の急冷およびしたがって硬化を行う。成形工具１１と加熱装置１７は、空間的に互いに所属する内部高圧成形装置１８のそれぞれ一部とすることができる。
このようにして最終成形され、硬化された異形構成部材２は、次にさらに後処理ステーション１２に供給される。この後処理ステーションでは、例えばレーザ切断によって、突き出たエッジおよびバリ、または場合により端部側に設けられた、内部高圧成形２６のための円錐形拡張部を除去することができる。
図８に概略的に示した製造方法３４のプロセス経過は次のように行われる。
まず、第１および第２の、場合によりさらなる異形材セグメント１９，２０，２１が異形材作製２３され、引き続き、これら異形材セグメントは、接合２４によって半製品１に組み合わされる。その後、半製品１は、加熱２５によって硬化温度、例えば９５０℃より上の温度にもたらされ、引き続き内部高圧成形２６によって異形構成部材２の最終形態に成形される。異形構成部材２は、急冷２７およびそれにより行われる組織変態によって硬化される。引き続き後処理２８が行われ、場合により突き出たエッジおよびバリが除去される。
本発明の方法３４ないし本発明の半製品１により、部分的に硬化された異形構成部材も、完全に硬化された異形構成部材も形成することができる。半製品１を種々の異形材セグメント１９，２０，２１によって組み合わせることにより、材料の異なる、例えば硬度の異なる異形材セグメントを使用することができる。その結果、硬化温度からの急冷２７の際に、１つの作業ステップで同じ異形構成部材内に種々異なる硬度が発生する。
１ 半製品
２ 異形構成部材
３ 上側パイプ
４ 下側パイプ
５ 中間部材
６ 接合箇所
７ 接合箇所
８ Ａピラー
９ 断面形状（円形）
１０ 断面形状（楕円形）
１１ 成形工具
１２ 後処理ステーション
１３ 接合ステーション
１４ パイプ供給部
１５ Ｕ−Ｏ加工ステーション
１６ 半製品製造装置
１７ 加熱装置
１８ 内部高圧成形装置
１９ 異形材セグメント
２０ 異形材セグメント
２１ 異形材セグメント
２２ 伸長線（Erstreckung）
２３ 輪郭作製
２４ 接合
２５ 加熱
２６ 内部高圧成形
２７ 急冷
２８ 後処理
２９ 直線
３０ 曲線
３１ 接続端部
３２ 接続端部
３３ 製造装置
３４ 製造方法
３５ 接続端部
３６ 接続端部
本発明は、少なくとも部分的に硬化された異形構成部材（構造部材）を製造するための方法に関する。この方法では、半製品が、成形工具内での硬化温度への加熱後に内部高圧成形またはプレスによって異形構成部材に成形され、この異形構成部材が成形工具内での成形後に、急冷によって硬化される。
とりわけ本発明は、自動車、例えばＡピラー、Ｂピラーまたは他のフレーム部材用の構造的異形構成部材に関するものであり、この異形構成部材は、自立式車体の製造のために使用することができる。とりわけこの異形構成部材は、オープンカー用のＡピラーとすることができる。
この種の異形構成部材には、一方では、例えば自動車の事故安全性を高めるために強度に関して高い要求が課せられる。他方では、この要求に対して、現代の自動車製造では、形状付与並びに軽量構造要件に関する高いフレキシビリティへの要望が拮抗する。
とりわけ自動車製造に使用される上記の異形構成部材は、その機械的強度に関しても種々の要求を受ける。この種の構成部材は、例えば第１部分においては機械的に比較的硬く、別の部分においては容易に変形可能であるように構成することが望まれる。例えばＡピラーまたはＢピラーは自動車の衝撃吸収ゾーンの一部として、衝突事故時に最大負荷の領域において屈服しないようにするために領域的に比較的高い強度を有しなければならない。他方では同じ構成部材が、その変形によって可及的に多くの衝突エネルギーを変形仕事に変換すべきである。オープンカー用のＡピラーでは、例えば、Ａピラーが、車両乗客の生存空間を保証するために、横転事故の際にフロントウィンドの窓フレームを十分に保護することが必要である。したがってこのようなＡピラーは、特にフェンダと窓フレームとの間の移行領域において特別に高い強度を有していなければならない。そのために往々にして異形構成部材が使用され、この異形構成部材は、その伸長線に沿って不均等な断面を有し、これにより例えば特定の箇所において特定の方向に特に曲げ剛性を大きくする。このことは、それぞれの構成部材の伸長線に沿って断面形状が、例えば円形の基本形状から箱形状に、そして再び円形または楕円形の形状に移行することを意味し、これにより、構成部材の種々の箇所において、異形材のそれぞれセクションに関連する外周部および種々の異形材断面の対応の移行部を確保する。
この種の構成部材は、例えばいわゆるＵ−Ｏ曲げ加工法（U-O-Biegeverfahren）によって作製することができ、この曲げ加工法では、平坦な薄板ブランク（Blechplatine）から断面がＵ字形の構成部材がまず作製され、次にこの構成部材が第２の作業ステップで閉じたＯ型異形材に変形される。同時に、このようなＵ−Ｏ曲げ加工法では構成部材をその伸長線の方向に湾曲させることができ、これにより元は直線として構成された伸長線が２次元または３次元の伸長曲線に変形される。このようにして、例えば、さらなる作業ステップで、未加工品に導入された成形マンドレルによって断面の陥没（Einfallen）を保障する半製品を形成することができる。この種の方法は、例えば特許文献１から公知である。しかしこの方法は、半製品の少なくとも一端部および完成した構成部材の一端部が、引抜マンドレル（Ziehdorn）を受け入れるために十分に大きな断面形状を有しなければならないという欠点を有する。これにより、最終形態を開発する際に形状設計の自由度が制限される。
特許文献２から、このようなＵ−Ｏ曲げ加工法のための支持コアが公知である。この支持コアは、薄板ブランクを成形するための装置において構造化された中空異形材に使用される。この支持コアは、互いに結合された複数の支持部材を有し、個々の支持部材は、互いに押し込まれた位置において少なくとも部分的に平坦に、作製すべき中空異形材の内側輪郭を形成し、結合要素を介して互いに結合されている。対応の製造方法では、まず薄板ブランクがＵ字形に成形される。次に支持コアがＵ字形の薄板ブランクに取り込まれ、これに基づき薄板ブランクがＵ−Ｏ変形またはロール・イン技術（Einrolltechnik）によって中空異形材に成形される。
特許文献３から、閉じた異形材（プロフィル部材）を製造するための方法および装置が公知である。ここでは薄板ブランクが、第１のダイの側壁の、上方を指すエッジ上に載置される。Ｕ字形スタンパが、第１のダイの金型に進入され、これにより薄板ブランクが予成形される。第１のダイの側壁を金型に対して相対的に移動させることにより、薄板ブランクは少なくとも部分的にＵ字形の断面形状に成形され、その際にＵ字形スタンパは、第１のダイの金型内に位置決めされたままである。次にＵ字形スタンパが、Ｕ字形に成形された薄板ブランクおよび第１のダイの金型から除去され、支持コアがＵ字形に成形された薄板ブランクに取り込まれる。そしてさらに、対向する第２のダイが第１のダイに対して位置決めされる。第１のダイの側壁上に載置している第２のダイの側壁を介して、第１のダイの側壁が第１のダイの金型に対して相対的にスライドされ、これによりＵ字形に湾曲された薄板ブランクが閉じた断面形状を備える異形材に成形される。
自動車用の構造構成部材を製造するために、さらに、中空異形材を内部高圧によって最終形態に成形することが公知である。これに関し、特許文献４から、加熱された中空未加工品をブロー成型するための製造方法が公知であり、中空未加工品は、引き続き、同じ成形工具内で拡張に続いて冷却媒体を導入することにより急冷され、したがって構成部材は成形工具からの取出しの際にすでに硬化されている。
さらなる内部高圧成形方法が、例えば特許文献５および特許文献６から公知である。
特許文献５から公知の方法では、円形ないし環状の断面形状を有するパイプが部分ごとに、断面形状がパイプの伸長線に沿って先細になるように成形される。次に、このように成形されたパイプは、曲げ加工法を使用して２次元または３次元の曲線にしたがう形状にもたらされる。引き続き、そのように形成された半製品が、ハイドロフォーミングによって最終形態に成形される。先行の成形ステップ中の加工硬化（Kaltverfestigung）に基づきハイドロフォーミング中に材料が破損するのを回避するために、半製品を中間で加熱処理することが必要であり、これによりハイドロフォーミングステップのために半製品を成形可能にする。ここでこの半製品は、互いに溶接され、すでに円錐形に予成形された２つの異形材セグメントから組み合わせることができ、これらは、溶接に続いて、曲げ機械内で予定の最終形態に近似的に湾曲される。しかし全体としてこの方法はかなり面倒に構成されている。なぜなら、半製品の製造の際に引き起こされる加工硬化を加熱処理によって、ハイドロフォーミングの前に解消しなければならないからである。
特許文献６から公知の方法によれば、予成形されたパイプ状の２つの異形材セグメントからなる半製品を企図することができる。その際にそれぞれの異形材セグメントの端部は、引き続く内部高圧成形のための気密な閉鎖を保証するために、互いに入り込むように加工される。このことはさらに、２つの異形材セグメントの端部を特別に処理することを必要とする。これにも、２つの異形材セグメント間で気密な閉鎖を達成するために高い公差要求が課せられる。そして異形構成部材の最終形態では２つの異形材セグメントが、半径方向に周回する材料的な結合によって組み合わされる。しかしこの結合は、製造すべき異形構成部材の最終形態に影響を及ぼす。
特許文献４から公知の方法を、前に記述したＵ−Ｏ異形材成形法により製造された半製品に適用することも考えられる。しかしこのような企図には問題がある。すなわち、時折１ｍ超の長さに達することもある半製品を製造するために、前記のＵ−Ｏ曲げ加工法を実施できるようにするには、約１ｍを超える非常に長いストロークを有する特別のプレス機が必要である。さらに対応の半製品は、その後の高圧成形プロセスのための工具と共に繰り返し開発されるが、その際に、半製品および最終製品において製造可能要件に基づく形状変化がそれぞれ他の方法に影響を及ぼす。したがって対応の構成部材の開発は、特に面倒である。
EP 2 205 370 B1 EP 2 282 853 B1 DE 10 2009 003 668 A1 WO 98/543 70 A1 WO 2010/105341 A1 DE 10 2007 018 281 A1 EP 2 205 370 B1 EP 2 282 853 B1 DE 10 2009 003 668 A1
これを背景に本発明の基礎とする目的は、開発プロセスの簡素化並びに必要な製造機械の投資費用の低減を可能にする、改善された方法およびそのための改善された半製品を提供することである。
この目的は、第１の視点による方法並びに第２の視点による半製品によって解決される。
第１の視点において、少なくとも部分的に硬化された異形構成部材を製造するための本発明の方法では、まず、伸長線に沿って同形の断面形状を有する第１の異形材セグメントと、伸長線に沿って非同形の断面形状を有する第２の異形材セグメントとを、接合箇所で互いに接合して、半製品の少なくとも一部分を形成し、第１と第２の異形材セグメントは、前記接合箇所において実質的に互いに一致する断面形状を有する。硬化温度（硬化処理可能な温度）への加熱後に半製品は、成形工具内で内部高圧成形またはプレスによって異形構成部材に成形され、この異形構成部材は、その後、成形工具内で、急冷によって硬化される。
第２の視点において、 少なくとも部分的に硬化された異形構成部材を製造するための半製品が提供される。半製品は、伸長線の方向に順番に並んだ少なくとも２つの異形材セグメントを備え、当該異形材セグメントは、接合箇所において、
半製品が内部高圧またはプレスによって成形可能であるように互いに接合されており、第１の異形材セグメントは同形の断面形状を、第２の異形材セグメントは非同形の断面形状をそれぞれの伸長線に沿って有し、前記異形材セグメントは前記接合箇所に、互いに実質的に一致する断面形状を有する。
なお、特許請求の範囲に付記した図面参照符号は専ら発明の理解を助けるためのものに過ぎず、本発明を図示の態様に限定することは意図していない。
例えば第１の異形材［セグメント］は、円形パイプとして構成することができる。その代わりに、第１の異形材セグメントを（伸長線に沿って）一様な形の楕円または箱形異形材として構成することができる。２つの異形材セグメントは、比較的簡単で良好に取り扱うことのできる異形材圧延プロセスで作製することができる。これにより、半製品のそれぞれの部分に対する製造コスト、および対応の工具の投資費用が有意に低減される。
本発明はさらに、これにより作製された異形構成部材が機械的特性に対する所要の要求を満たすためには、少数の領域、またはただ1つの領域だけを、２つの同形の異形材セグメントの間の移行領域として、構成しなければならないことから出発する。少数の領域またはただ一つの領域は、例えばその伸長線に沿って非同形の断面形状を備える第２の異形材セグメントの形態で構成できる。このようにして例えばオープンカーのＡピラーにおいて、この第２の異形材セグメントの全長が、約１．５ｍから約０．４ｍに短縮される。これにより格段に小型であり、さらに好適な工具を使用することができる。
すでに最終成形された異形材部分を１つの異形構成部材に後から接合接続することも同様に考えられるが、これと比較して本方法は、異形材セグメントの製造プロセスにより、あるいは異形材セグメント間に接合接続を形成することにより組織変化が（Gefuegeveraenderungen）発生する場合、異形材セグメント内のこの組織変化が自動的に補償されるという利点を有する。完成した異形構成部材には、内部高圧成形前の熱処理に基づき、このような組織変化がもはや出現しない。
したがって第１の異形材セグメントは幾何学的に非常に簡単に、安価に作製することができる。そして半製品を作製するためのコストの掛かる変形的成形ステップは第２の異形材セグメントに限定される。
成形工具内における変形的成形（Umformen）は、簡単なプレス機によって行うことができる。これはとりわけ幾何学的に簡単な異形構成部材の場合であり、このような異形構成部材ではプレス工程に基づく異形材の陥没が全く、または許容可能な程度でしか予期されない。これに対して異形材の陥没（ないしへこみ Einfallen）を阻止しなければならない場合、すなわち半製品壁部が成形工具の輪郭に確実に当接しなければならない場合、内部高圧成形が適用される。
本発明の方法の有利な一構成によれば、第２の異形材セグメントは、その製造の際に、断面形状が第１の異形構成部材の断面形状と実質的に一致する接続端部と共に形成される。これにより、異形材セグメントを互いに接合するのに必要な断面形状の適合を、いずれにしろコストの掛かる第２の異形材セグメントに移行することができ、これにより第１の異形材セグメントを立体的形状においてさらに簡単かつ安価に製造することができる。
好ましくは異形材セグメントの接合は、材料結合的に、例えば溶接により、特に好ましくはレーザ溶接により、とりわけ軌道レーザ溶接により行うことができる。この種の接合作業により、異形材セグメントの間に接合接続を特に簡単に作製することができる。ここで異形材セグメントは、特に好ましくはバット式（stumpf）で互いに接合される。このことは、製造装置における高いスループットを可能にする。
本発明の改善形態では、第１または第２の異形材セグメントに少なくとも１つの第３の異形材セグメントを接合することができ、この第３の異形材セグメントはその伸長線に沿って同形または非同形の断面形状を有する。このようにして半製品が製造され、この半製品は、所望の最終形態に応じてすでに予成形されており、したがって後で行われる内部高圧成形プロセスに最適に適合されている。これにより特に安価な半製品が異形構成部材の作製のために製造される。さらにこの異形構成部材は、部分ごとに異なる機械的要求に対応することができ、または最終形状形態に基づき、大きく異なる変形度をもって作製しなければならないものである。
とりわけ、異形材セグメントの少なくとも１つは、硬化可能な合金から作製することができる。このことは、それぞれの合金を硬化温度への加熱、および引き続く急冷、すなわち急速に冷却することにより硬化可能であることを意味する。ここでこの合金は、好ましくは鋼、とりわけボロン（ないし工具）合金鋼（bohrlegierten Stahl）からなる。硬化過程では、構成部材が硬化温度に加熱される。
用語の説明のために、硬化温度とは、組織変態温度よりも高い温度であり、この組織変態温度は、例えば鋼材においてオーステナイト組織への組織変態のための温度であることを述べておく。引き続く急速冷却、すなわち急冷により、組織はマルテンサイト組織に変態し、このマルテンサイト組織は、冷却された状態において材料中に持続的に維持される。マルテンサイト組織は、出発組織よりも硬い。硬化可能な合金において硬化後の材料硬度は、前に存在した硬度よりも格段に高い。とりわけこのために鋼材料、とりわけ好ましくはボロン合金鋼が適する。このようにして少なくとも部分的に高い強度を有する鋼構成部材が形成される。対応する鋼種に対する一例が、２２ＭｎＢ５（http://www.salzgitter-flachstahl.de/fileadmin/mediadb/szfg/informationsmaterial/produktinformationen/kaltgewalztes_feinblech/deu/22mnb5.pdfで閲覧することのできるＳＺＦＧ材料Werkstaffblatt１１−１１２、Ｓｔａｎｄ０５／１４参照)である。
好ましい一実施形態によれば、内部高圧成形は、成形媒体としての、圧力の印加されるガスによって、とりわけ３００〜６００ｂａｒの圧力において行われる。急冷は、別個の冷却媒体によって行われ、この冷却媒体は、内部高圧成形の後に成形工具内に、とりわけ成形された異形構成部材内に導入される。
半製品を最終的に成形された異形構成部材に、圧力の印加されたガスによって変形的成形することは、一方では、前記の圧力範囲でのガスの提供が、例えばハイドロフォーミングで使用されるような、圧力下に置かれた液体の提供よりも格段にコスト的に有利であるという利点を有する。
半製品の内部高圧成形ないしプレス加工は、本発明によれば、例えば９５０℃より高い硬化温度で行われる。この温度は、所望の硬化を達成するために急冷の開始時まで存在しなければならない。成形中の高温は鋼の可塑性を高め、これにより鋼を圧力印加されたガスにより、圧力下で成形することができる。この圧力は、ハイドロフォーミングで一般的な圧力よりも格段に低い。
さらにガスは、液体よりも基本的に小さな熱容量と伝熱性を有する。したがって成形媒体の導入によって、半製品の温度はほとんど低下しない、これに対して、冷却媒体として好ましくは比較的に伝熱性ないし熱容量の高いガスまたは液体が使用され、例えば、水または水とオイルのエマルジョンを冷却媒体として使用することができる。好ましくは、内部高圧成形方法および引き続く急冷は、特許文献４に開示された方法に基づくことができる。
本発明の好ましい一形態では、第1の異形材セグメントを異形材圧延法、とりわけロールまたはドラム成形法（Roll- oder Walzprofilieren）により、第２の異形材セグメントをＵ−Ｏ曲げ加工法により形成する。Ｕ−Ｏ曲げ加工法に対する一例は、Thyssen-Krupp社のいわゆるＴ３（登録商標）法であり、例えば特許文献７、特許文献８または特許文献９に記載されている。
異形材セグメントの成形をロールードラム成形法ないしＵ−Ｏ曲げ加工法によって行った後、それぞれの異形材セグメントは、順次湾曲された側面の境界箇所において、好ましくは溶接によって１つの閉じた中空異形材に接合される。この中空異形材は十分に液密であり、引き続く内部高圧成形法で拡張することができ、または少なくともプレス加工に続いて、急冷のために必要な冷却媒体を受け入れることができる。この溶接作業によって材料に取り込まれた組織変化および応力は、硬化温度への加熱の際に、その際に行われる組織変態プロセスによって十分に、またはそれどころか完全に補償される。したがって完成した異形構成部材における対応の境界箇所は脆弱箇所として、もはや出現しないか、またはほぼ出現しない。
本発明の基礎となる目的は、さらに、上記の請求項８によって解決される。請求項８は、伸長線の方向に順番に並べられた少なくとも２つの異形材セグメントを備える、少なくとも部分的に硬化された異形構成部材を製造するための半製品に関するものである。前記２つの異形材セグメントは、半製品が内部高圧成形またはプレス加工によって成形可能であるように、接合箇所において互いに接合されており、第1の異形材セグメントは同形の断面形状を、第２の異形材セグメントは非同形の断面形状をそれぞれの伸長線に沿って有し、これら異形材セグメントは接合箇所に、互いに実質的に一致する断面形状を有する。
このように構成され、好ましくは上記方法にしたがって製造された半製品は、プレス工程ないし内部高圧成形工程への特に良好な適合を可能にし、一方では、形成された異形構成部材の強度特性は、使用され、成形された材料の量に対して最適化されている。これにより、とりわけ現代の自動車における新規の軽量構造要求にも対応することができる。なぜなら、異形構成部材の僅かしか負荷されない箇所には、僅かな材料しか設けないようにすることができるからである。
本発明の好ましい一実施形態では、第２の異形材セグメントに、断面形状が第１の異形構成部材の断面形状と実質的に一致する接続端部を設けることができる。このことの利点は、２つの異形材セグメントを後で接合するために製造の際に必要な適合が、いずれにしろ製造が面倒な第２の異形材セグメントに集中されることであり、これにより第１の異形材セグメントは特に安価に簡単に製造可能である。
好ましくは異形材セグメントは、材料結合的に、例えば溶接によって、特に好ましくはレーザ溶接によって、とりわけ軌道レーザ溶接によって互いに接合することができる。ここで異形材セグメントは、接合箇所において好ましくはバット溶接（突き合わせ溶接）で互いに接合される接続端部を有する。この種の接合作業により、異形材セグメントの間に接合接続を特に簡単に作製することができる。ここで異形材セグメントは、特に好ましくはバット溶接で互いに接合される。このことは、製造装置における高いスループットを可能にする。
好ましくは半製品は、少なくとも１つの第３の異形材セグメントを有することができ、この第３の異形材セグメントは、その伸長線に沿って同形または非同形の断面形状を有する。
このようにして半製品を、所望の最終形態に応じてすでに予成形しておくことができ、したがって半製品は、後から行われる内部高圧成形工程に最適に適合されている。
本発明の特別の一形態によれば、少なくとも１つの異形材セグメントを合金から作製することができ、この合金は、硬化温度までの加熱および引き続く急冷によって硬化可能であり、この合金は、好ましくは鋼、とりわけボロン合金鋼からなる。
本発明の方法およぶ本発明の半製品では、異形材セグメントおよび／また半製品の伸長線は、少なくとも部分的に、少なくとも１つの直線および／または２次元曲線および／または３次元曲線にしたがうことができる。
これにより半製品は、異形構成部材の最終形態に対応して、すでに予め成形ないし湾曲することができ、これにより内部高圧成形法の際に必要な変形度が、それぞれの材料に対して許容される程度にまで低減される。とりわけ第２の異形材セグメントは、２次元および／または3次元曲線にしたがうことができる。ここで、第1の異形材セグメントまたは第２の異形材セグメントに固定されたさらなる異形材セグメントは、直線状に成形されており、したがって伸長線の方向で直線にしたがう。このようにして、例えば異形材セグメントの曲げ加工のような面倒な製造ステップ、あるいは湾曲した形状の作製が、製造するのにいずれにしろコストの掛かる第２の異形材セグメントに集中される。
それぞれの異形材セグメントの伸長部（Erstreckung）とは、引き続き成形工具内で変形的に成形される部分を意味する。場合により異形材セグメントの端部に設けられる円錐形の拡張部は、内部高圧成形媒体ないし冷却媒体のための供給パイプを接続するために必要なものであり、「伸長部」には属さない。
本発明のさらなる目標、利点、特徴および適用可能性は、図面に基づく一実施例の以下の説明から生じる。ここで記載するおよび／または図示する全ての特徴（複数）は、単独でも、または意味のある任意の組み合わせにおいても、本発明の対象を形成し、特許請求の範囲およびそれらの引用関係における組み合わせにも依存しない。図面は一部で概略的である。
本発明の第１の異形材セグメント、第２の異形材セグメント、および一異形材セグメントの接合前の図である。 本発明の一半製品の側面図である。 本発明の一異形構成部材の左からの側面図である。 本発明の一異形構成部材の右からの側面図である。 第１の異形材セグメントおよび第２の異形材セグメントからなる半製品を下方から見た概略図である。 第１の異形材セグメントおよび第２の異形材セグメントを備える半製品を下方から見た概略図である。 本発明の製造装置の概略図である。 本発明の製造方法を個々のステップで示す概略図である。
同じ構成部材または同じに作用する伊構成部材には、一実施形態に基づく以下に示す図面中、より読み易くするために参照符号が付されている。
図１には、本発明の半製品１が作製される構成部材が概略的に示されており、この半製品は、互いに接合された状態で図２に示されている。これにより製造された異形構成部材２は、左からの側面が図３に、右からの側面が図４に示されている。
本例では、異形構成部材２によってオープンカーのＡピラー８が形成される。このＡピラーは、車両の例えば横転のために特に堅固に構成しなければならない。とりわけここでは、上側パイプ３と下側パイプ４との間の領域は特に堅固に構成しなければならず、この領域は本例では中間部材５によって形成されている。
図１には右上方に上側パイプ３が示されており、この上側パイプは、本発明の意義において第１の異形材セグメント１９を形成する。異形材セグメント１９は、その伸長線に沿って同形の断面形状を有する。このことは、本例で例えば円形の断面形状９は、伸長線（Erstreckung）２２に沿っていずれの箇所でも同形であることを意味する。伸長線２２自体は、第１の異形材セグメント１９における本例の場合、直線２９にしたがう。端部側では第１の異形材セグメント１９に少なくとも１つの接続端部３１が設けられている。例えば図５に見ることのできる同形の断面形状によって、第１の異形材セグメント１９の接続端部３１も同様に同形式に構成されている。２つの接続端部（複数）３１の代わりに、一端部に図示しない円錐形の拡張部を、成形媒体ないし冷却媒体を供給するための接続パイプを密に受け入れるために設けることができる。このような円錐形の拡張部は、「伸長線」とみなす必要のない、それぞれの異形材セグメントの一部分にある。
第２の異形材セグメント２０は、伸長線２２に沿って非同形の断面形状９，１０を有する。この断面形状は、本例では、接続端部３５から発して第２の異形材セグメント２０の接続端部３６に向かって拡張している。さらに第２の異形材セグメント２０の伸長線２２は、少なくとも２次元の曲線３０にしたがう。曲線３０は、３次元の曲線３０とすることもでき、３次元の曲線は、図１と２の図ではさらに付加的に紙面の中へ交叉する方向に伸長する。
中間部材５としての第２の異形材セグメントは、異なるように構成された２つの接続端部３５，３６を有する。ここで接続端部３５は、第２異形材セグメント２０の作製の際に、これが第１の異形材セグメント１９の接続端部３１と実質的に一致するように成形される。これは、２つの接続端部３１と３５は、例えばバット（突き当たり）当接で互いに当接し、単純な溶接作業によって互いに接続することができることを意味する。
第２の異形材セグメント２０において伸長線２２に沿って第１の接続端部３５に対向する第２の接続端部３６は、さらに、第３の異形材セグメント２１のさらなる接続端部３２と実質的に一致するように成形されている。第３の異形材セグメント２１は、図１の下方に示されている。これは、図２に示されたＡピラー８の下側パイプ４を形成し、基本的に第１の異形材セグメント１９と同じ特性を有する。しかしこれとは異なり、図６による第３の異形材セグメント２１の断面形状は、円形ではなく例えば楕円形の断面形状を有する。箱形または他の形式の、しかし伸長線２２の経過にわたって同形の断面形状を選択することも可能である。これら断面形状９，１０は、第１の異形材セグメント１９でも可能である。第１の異形材セグメント１９または他の異形材セグメント２０，２１には、さらなる別形式の異形材セグメントを、本発明の半製品１を形成するために接続することができる。
図２には、互いに接合された上側パイプ３、下側パイプ４およびそれらの間に接合された中間部材５を備える半製品が１が示されており、これらは接合箇所６，７において溶接されている。とりわけここでは、それぞれの異形材セグメント１９，２０，２１が粗く互いに当接される溶接法が適する。ここでは簡単なやり方で、レーザ溶接または軌道レーザ溶接を使用することができる。溶接フィラー（Schweisszusatz）の添加も可能である。
図２には、半製品１が同様に伸長線２２を有することが示されている。半製品は、結果として、非同形の断面形状をその伸長線２２に沿って有する。さらに半製品１の伸長線２２は、ここでは、２次元または３次元にも構成することのできる曲線３０にしたがう。
図３と４は、Ａピラー８の形に完成した異形構成部材２を示す。ここでは、図２に示した接合箇所６，７が、完成した異形構成部材２では、もはや出現しないか、またはほんの僅かにしか出現しないことが分かる。
図５と６には、異形材セグメント１９，２０，２１の異なる断面形状９，１０が示されている。断面形状９はほぼ円形であり、断面形状１０はほぼ楕円形に図示されている。円形または楕円形の代わりに、不規則に成形された輪郭または箱形とすることもできる。このことは、異形構成部材２の所望の最終形状、および半製品１が最終形態に成形される内部高圧成形法の製造パラメータに依存しない。
図７には製造装置３３が概略的に示されている。この製造装置では本発明の異形構成部材２を製造することができる。この製造装置３３は、半製品１を製造するための装置１６を有し、この装置には第１の異形材セグメント１９、すなわち上側パイプ３を作製し、並びに第３の異形材セグメント、すなわち下側パイプ４を作製および供給するためのパイプ供給部１４が配置されている。さらに半製品製造装置１６は、Ｕ−Ｏ加工ステーションを有し、この加工ステーションでは第２の異形材セグメント２０、すなわち中間部材５が作製される。次に、上側パイプ３、下側パイプ４および中間部材５は、半製品製造装置１６内で接合ステーション１３に供給され、この接合ステーションでは半製品１が、上側パイプ３、下側パイプ４および中間部材５を互いに接合することによって形成される。次に、半製品１は加熱装置１７に供給され、この加熱装置では半製品が硬化温度、例えば９５０℃より上の温度に加熱され、そして加熱状態で成形工具１１に、後の成形のために供給される。成形工具１１内では成形が行われる。半製品１は、プレスまたは内部高圧成形２６によって異形構成部材２に成形される。内部高圧成形２６では、圧力が印加され、場合により予熱されたガスが成形媒体として半製品１の内部に導入される。これにより半製品１の材料が、ガス圧の影響下で成形工具１１の輪郭に当接され、その際に異形構成部材２の最終形態を取る。このようにして形成された異形構成部材２は、差し当たり成形工具１１内に留まる。
成形媒体として用いられるガスは、引き続き成形工具１１から排出され、冷却媒体により置き換えられる。冷却媒体は、異形構成部材２の急冷およびしたがって硬化を行う。成形工具１１と加熱装置１７は、空間的に互いに所属する内部高圧成形装置１８のそれぞれ一部とすることができる。
このようにして最終成形され、硬化された異形構成部材２は、次にさらに後処理ステーション１２に供給される。この後処理ステーションでは、例えばレーザ切断によって、突き出たエッジおよびバリ、または場合により端部側に設けられた、内部高圧成形２６のための円錐形拡張部を除去することができる。
図８に概略的に示した製造方法３４のプロセス経過は次のように行われる。
まず、第１および第２の、場合によりさらなる異形材セグメント１９，２０，２１が異形材作製２３され、引き続き、これら異形材セグメントは、接合２４によって半製品１に組み合わされる。その後、半製品１は、加熱２５によって硬化温度、例えば９５０℃より上の温度にもたらされ、引き続き内部高圧成形２６によって異形構成部材２の最終形態に成形される。異形構成部材２は、急冷２７およびそれにより行われる組織変態によって硬化される。引き続き後処理２８が行われ、場合により突き出たエッジおよびバリが除去される。
本発明の方法３４ないし本発明の半製品１により、部分的に硬化された異形構成部材も、完全に硬化された異形構成部材も形成することができる。半製品１を種々の異形材セグメント１９，２０，２１によって組み合わせることにより、材料の異なる、例えば硬度の異なる異形材セグメントを使用することができる。その結果、硬化温度からの急冷２７の際に、１つの作業ステップで同じ異形構成部材内に種々異なる硬度が発生する。
本発明において以下の形態が可能である。
（形態１）
第１の視点による異形構成部材の製造方法。
（形態２）
前記第２の異形材セグメントは、その製造の際に、断面形状が前記第１の異形構成部材（異形材セグメント）の断面形状と実質的に一致する接続端部と共に形成される、ことを特徴とする好ましくは形態１に記載の方法。
（形態３）
前記異形材セグメントの接合は、材料結合的に、好ましくは溶接によって、とりわけ好ましくはレーザ溶接によって、特に軌道レーザ溶接によって行われ、前記異形材セグメントは、前記接合箇所において、好ましくはバッド接合により互いに接合される接続端部を有する、ことを特徴とする好ましくは形態１または２に記載の方法。
（形態４）
前記第１または第２の異形材セグメントには少なくとも１つの第３の異形材セグメントが接合され、該第３の異形材セグメントは、その伸長線に沿って同形または非同形の断面形状を有する、ことを特徴とする好ましくは形態１から３のいずれか一に記載の方法。
（形態５）
少なくとも１つの異形材セグメントは合金から作製され、前記合金は、硬化温度までの加熱および引き続く急冷によって硬化可能であり、前記合金は、好ましくは鋼、とりわけボロン合金鋼からなる、ことを特徴とする好ましくは形態１から４のいずれか一に記載の方法。
（形態６）
前記内部高圧成形は、成形媒体としての、圧力の印加されるガスによって、とりわけ３００ｂａｒから６００ｂａｒの間の圧力において行われ、前記急冷は、別個の冷却媒体によって行われ、前記冷却媒体は、内部高圧成形の後に前記成形工具内に導入される、ことを特徴とする好ましくは形態１から５のいずれか一に記載の方法。
（形態７）
前記第１の異形材セグメントは、ロールまたはドラム成形法により、前記第２の異形材セグメントは、Ｕ−Ｏ曲げ加工法により形成される、ことを特徴とする好ましくは形態１から６のいずれか一に記載の方法。
（形態８）
第２の視点による異形構成部材を製造するための半製品。
（形態９）
前記第２の異形材セグメントには、断面形状が前記第１の異形材セグメントの断面形状と実質的に一致する接続端部が設けられている、ことを特徴とする好ましくは形態８に記載の半製品。
（形態１０）
前記異形材セグメントは、材料結合的に、好ましくは溶接により、特に好ましくはレーザ溶接により、とりわけ軌道レーザ溶接により互いに接合されており、前記異形材セグメントは、前記接合箇所において、好ましくはバット溶接で互いに接合された接続端部を有する、ことを特徴とする好ましくは形態８または９に記載の半製品。
（形態１１）
前記半製品は、伸長線に沿って同形または非同形の断面形状を有する少なくとも１つの第３の異形材セグメントを備える、ことを特徴とする好ましくは形態８から１０のいずれか一に記載の半製品。
（形態１２）
前記少なくとも１つの異形材セグメントは合金から作製され、前記合金は、硬化温度までの加熱および引き続く急冷によって硬化可能であり、好ましくは鋼、とりわけボロン合金鋼からなる、ことを特徴とする好ましくは形態８から１１のいずれか一に記載の半製品。
（形態１３）
異形材セグメントおよび／また半製品の伸長線は、少なくとも部分的に、少なくとも１つの直線および／または２次元曲線および／または３次元曲線にしたがう、ことを特徴とする好ましくは形態１から７までのいずれか一に記載の方法または形態８から１２のいずれか一に記載の半製品。
１ 半製品
２ 異形構成部材
３ 上側パイプ
４ 下側パイプ
５ 中間部材
６ 接合箇所
７ 接合箇所
８ Ａピラー
９ 断面形状（円形）
１０ 断面形状（楕円形）
１１ 成形工具
１２ 後処理ステーション
１３ 接合ステーション
１４ パイプ供給部
１５ Ｕ−Ｏ加工ステーション
１６ 半製品製造装置
１７ 加熱装置
１８ 内部高圧成形装置
１９ 異形材セグメント
２０ 異形材セグメント
２１ 異形材セグメント
２２ 伸長線（Erstreckung）
２３ 輪郭作製
２４ 接合
２５ 加熱
２６ 内部高圧成形
２７ 急冷
２８ 後処理
２９ 直線
３０ 曲線
３１ 接続端部
３２ 接続端部
３３ 製造装置
３４ 製造方法
３５ 接続端部
３６ 接続端部

Claims (13)

  1. 少なくとも部分的に硬化された異形構成部材（２）の製造方法であって、
    まず、その伸長線（２２）に沿って同形の断面形状（９，１０）を有する第１の異形材セグメント（１９）と、その伸長線（２２）に沿って非同形の断面形状（９，１０）を有する第２の異形材セグメント（２０）とを、接合箇所（６）で互いに接合して、半製品（１）の少なくとも一部分を形成し、
    第１と第２の異形材セグメント（１９，２０）は、そのために接合箇所（６）において実質的に互いに一致する断面形状（９，１０）を有し、
    前記半製品（１）は、硬化温度への加熱（２５）後に成形工具（１１）内での内部高圧成形（２６）またはプレスによって異形構成部材（２）に成形され、
    該異形構成部材は、前記成形工具（１１）内での成形（２６）後に、急冷（２７）によって硬化される、
    製造方法。
  2. 前記第２の異形材セグメント（２０）は、その製造の際に、断面形状（９，１０）が前記第１の異形構成部材（異形材セグメント）（１９）の断面形状（９，１０）と実質的に一致する接続端部（３２）［３５、３６］と共に形成される、ことを特徴とする請求項１に記載の方法（３４）。
  3. 前記異形材セグメント（１９，２０）の接合（２４）は、材料結合的に、好ましくは溶接によって、とりわけ好ましくはレーザ溶接によって、特に軌道レーザ溶接によって行われ、前記異形材セグメント（１９，２０）は、前記接合箇所（６）において、好ましくはバッド接合により互いに接合される接続端部（３１，３２，３３）を有する、ことを特徴とする請求項１または２に記載の方法（３４）。
  4. 前記第１または第２の異形材セグメント（１９，２０）には少なくとも１つの第３の異形材セグメント（２１）が接合され、該第３の異形材セグメントは、その伸長線（２２）に沿って同形または非同形の断面形状（９，１０）を有する、ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の方法（３４）。
  5. 少なくとも１つの異形材セグメント（１９，２０，２１）は合金から作製され、前記合金は、硬化温度までの加熱（２５）および引き続く急冷（２７）によって硬化可能であり、前記合金は、好ましくは鋼、とりわけボロン合金鋼からなる、ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の方法（３４）。
  6. 前記内部高圧成形（２６）は、成形媒体としての、圧力の印加されるガスによって、とりわけ３００ｂａｒから６００ｂａｒの間の圧力において行われ、前記急冷（２７）は、別個の冷却媒体によって行われ、前記冷却媒体は、内部高圧成形（２６）の後に前記成形工具（１１）内に導入される、ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の方法（３４）。
  7. 前記第１の異形材セグメント（１９）は、ロールまたはドラム成形法により、前記第２の異形材セグメント（２０）は、Ｕ−Ｏ曲げ加工法により形成される、ことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の方法（３４）。
  8. 少なくとも部分的に硬化された異形構成部材（２）を製造するための半製品（１）であって、伸長線（２２）の方向に順番に並んだ少なくとも２つの異形材セグメント（１９，２０，２１）を備え、当該異形材セグメントは、接合箇所（６）において、
    半製品（１）が内部高圧またはプレスによって成形可能であるように互いに接合されており、第１の異形材セグメント（１９）は同形の断面形状（９，１０）を、第２の異形材セグメント（２０）は非同形の断面形状（９，１０）をそれぞれの伸長線（２２）に沿って有し、前記異形材セグメント（１９，２０）は前記接合箇所（６）に、互いに実質的に一致する断面形状（９，１０）を有する、半製品。
  9. 前記第２の異形材セグメント（２０）には、断面形状（９，１０）が前記第１の異形構成部材［異形材セグメント］（１９）の断面形状（９，１０）と実質的に一致する接続端部（３２）［３５，２６］が設けられている、ことを特徴とする請求項８に記載の半製品（１）。
  10. 前記異形材セグメント（１９，２０）は、材料結合的に、好ましくは溶接により、特に好ましくはレーザ溶接により、とりわけ軌道レーザ溶接により互いに接合されており、前記異形材セグメント（１９，２０）は、前記接合箇所（６）において、好ましくはバット溶接で互いに接合された接続端部（３１，３２，３３）を有する、ことを特徴とする請求項８または９に記載の半製品（１）。
  11. 前記半製品（１）は、伸長線（２２）に沿って同形または非同形の断面形状を（９，１０）を有する少なくとも１つの第３の異形材セグメント（２１）を備える、ことを特徴とする請求項８から１０のいずれか一項に記載の半製品（１）。
  12. 前記少なくとも１つの異形材セグメント（１９，２０，２１）は合金から作製され、前記合金は、硬化温度までの加熱（２５）および引き続く急冷（２７）によって硬化可能であり、好ましくは鋼、とりわけボロン合金鋼からなる、ことを特徴とする請求項８から１１のいずれか一項に記載の半製品（１）。
  13. 異形材セグメント（１９，２０）および／また半製品（１）の伸長線（２２）は、少なくとも部分的に、少なくとも１つの直線（３４）および／または２次元曲線（３０）および／または３次元曲線にしたがう、ことを特徴とする請求項１から７までのいずれか一項に記載の方法（３４）または請求項８から１２のいずれか一項に記載の半製品（１）。
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