DE102005044948A1

DE102005044948A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Hohlprofilen

Info

Publication number: DE102005044948A1
Application number: DE102005044948A
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl.-Ing. Brüggenbrock; Thomas Dr.-Ing. Flehmig; Lothar Dr.-Ing. Patberg
Original assignee: ThyssenKrupp Steel AG
Current assignee: ThyssenKrupp Steel Europe AG
Priority date: 2005-09-20
Filing date: 2005-09-20
Publication date: 2007-03-22
Also published as: EP1926565A1; US8490459B2; US20090178455A1; WO2007033957A1; ATE542615T1; EP1926565B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Hohlprofils mit mindestens einem angeformten Versteifungs- und/oder Funktionselement aus einer Platine sowie eine Vorrichtung zum Umformen einer Platine zu einem Hohlprofil mit mindestens einer Grundplatte, auf welche die umzuformende Platine aufgelegt werden kann, mindestens einem Stempelkern für das Hohlprofil und mindestens zwei Gesenkhälften zur Umformung der Platine zum Hohlprofil. Die Aufgabe, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Hohlprofils mit mindestens einem angeformten Versteifungs- und/oder Funktionselement aus einer Platine zur Verfügung zu stellen, mit welchem bzw. mit welcher entsprechende Hohlprofile kostengünstig hergestellt werden können, die gleichzeitig eine hohe Prozesssicherheit beim Verbinden verschiedener Hohlprofile gewährleisten, wird dadurch gelöst, dass durch Stanzen und/oder Schneiden eine das spätere Versteifungs- und/oder Funktionselement bildende Elementstruktur in die ebene Platine eingebracht wird, mindestens ein Formstempel die Elementstruktur zum Versteifungs- und/oder Funktionselement ausformt und optional fixiert und anschließend die Platine zum Hohlprofil umgeformt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Hohlprofils mit mindestens einem angeformten Versteifungs- und/oder Funktionselement aus einer Platine sowie eine Vorrichtung zum Umformen einer Platine zu einem Hohlprofil mit mindestens einer Grundplatte, auf welche die umzuformende Platine aufgelegt werden kann, mindestens einem Stempelkern für das Hohlprofil und mindestens zwei Gesenkhälften zur Umformung der Platine zum Hohlprofil.

Im Kraftfahrzeugbau, aber auch auf anderen technischen Gebieten, werden zum Zwecke eines möglichst leichten Gewichtes maßgeschneiderte Bauteile eingesetzt, die in Abhängigkeit von der bei ihrem späteren Einsatz zu erwartenden, örtlichen Belastung unterschiedlich dimensioniert sind und miteinander verbunden werden. Insbesondere werden als Träger im Kraftfahrzeugbau Hohlprofile, sogenannte „tailored tubes", eingesetzt, welche an die unterschiedlichen Belastungen speziell angepasst sind und zur Ausbildung des Trägers miteinander verbunden werden müssen. Die Herstellung solcher Hohlprofile geschieht in der Weise, dass Platinen aus einem metallischen Werkstoff unterschiedlicher Dicke stumpf zusammen geschweißt und dann zu dem Hohlprofil umgeformt werden. Zur Verbesserung der Leichtbauweise ist aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 100 38 337 A1 bekannt, Versteifungs- und/oder Funktionselemente auf eine ebene Platine aus Blech anzufügen und die entsprechende Platine zu einem Hohlprofil umzuformen. Hierzu muss das Versteifungs- und/oder Funktionselement getrennt von der Platine hergestellt und entsprechend umgeformt werden bevor es an die Platine angefügt wird, so dass eine weitere Reduzierung der Verfahrensschritte zur Herstellung von belastungsgerecht ausgelegten Hohlprofilen wünschenswert wäre.

Unter Versteifungs- und/oder Funktionselemente werden im allgemeinen Laschen, Bügel, Flansche etc. verstanden, welche einerseits beispielsweise zum Anbringen von anderen Hohlprofilen verwendete werden, so genannte Flansch- oder Anschlusselemente. Andererseits können beispielsweise um 180° umgebogene Laschen auch Versteifungselemente durch Ausbildung eines Bereiches mit doppelter Platinendicke bilden.

Aus der deutschen Patentschrift DE 103 58 502 B3 ist darüber hinaus ein Verfahren zur Herstellung eines Hohlprofils bekannt, bei welchem ein Anschlusselement zur Anbindung eines weiteren Bauteils in ein aufzuwickelndes Hohlprofil eingebracht wird. Die Einbringung des Anschlusselemente soll jedoch in einem vorgebogenen Bereich des Hohlprofils erfolgen, um die Maßgenauigkeit der eingebrachten Anschlussöffnung zu gewährleisten. Dadurch, dass bei diesem Verfahren die Anschlusselemente aus einem vorgebogenen Bereich der Platine geformt werden, weisen diese jedoch noch Restbiegungen auf. Aufgrund der Restbiegungen variiert der Abstand der miteinander zu fügender Bereiche der Anschlusselemente. Damit gewährleisten die bekannten Anschlusselemente keine idealen Fügebedingungen, so dass beim Fügen verschiedener Hohlprofile die Prozesssicherheit sinkt.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Hohlprofils mit mindestens einem angeformten Versteifungs- und/oder Funktionselement aus einer Platine zur Verfügung zu stellen, mit welchem bzw. mit welcher entsprechende Hohlprofile kostengünstig hergestellt werden können, die gleichzeitig eine hohe Prozesssicherheit beim Verbinden verschiedener Hohlprofile gewährleisten.

Gemäß einer ersten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die aufgezeigte Aufgabe verfahrensmäßig dadurch gelöst, dass durch Stanzen und/oder Schneiden eine das spätere Versteifungs- und/oder Funktionselement bildende Elementstruktur in die ebene Platine eingebracht wird, mindestens ein Formstempel die Elementstruktur zum Versteifungs- und/oder Funktionselement ausformt und optional fixiert und anschließend die Platine zum Hohlprofil umgeformt wird.

Im Gegensatz zum Stand der Technik werden die Versteifungs- und/oder Funktionselemente erfindungsgemäß aus der ebenen Platine ausgeformt, so dass diese prinzip bedingt keine Restbiegungen aufweisen und ideale Fügebedingungen beim Anschluss von mehreren Hohlprofilen hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gewährleistet werden. Darüber hinaus können die Werkzeugkosten für die Herstellung der Hohlprofile gering gehalten werden, da die Ausformungen immer in der ebenen Platine erfolgt und die Werkzeuge daher entsprechend einfach gestaltet sein können. Schließlich müssen die Versteifungs- und/oder Funktionselemente nicht an die Hohlprofile angefügt werden, so dass die Anzahl der Arbeitsschritte und die Herstellkosten zur Herstellung eines Hohlprofils mit Versteifungs- und/oder Funktionselemente reduziert werden kann.

Eine weitere Reduzierung der Herstellkosten wird, gemäß einer nächsten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, dadurch erreicht, dass nach dem Auflegen der Platine auf eine Grundplatte einer Vorrichtung zur Umformung der Platine zu einem Hohlprofil der Formstempel die Elementstruktur ausformt und optional fixiert.

Erfolgt das Stanzen und/oder Schneiden der Elementstruktur in der Vorrichtung zur Umformung der Platine zu einem Hohlprofil, können alle notwendigen Arbeitsschritte zur Herstellung eines Hohlprofils integriert in einer Vorrichtung durchgeführt werden. Neben einer weiteren Reduktion der Herstellkosten aufgrund geringerer Herstellzeiten wird durch diese Maßnahme auch die Prozesssicherheit zur Herstellung entsprechender Hohlprofile erhöht, da Fehler aufgrund falscher Positionierung der Elementstruktur von vornherein vermieden werden.

Die Anzahl der notwendigen Stanz- und/oder Schneidwerkzeuge wird dadurch minimiert, dass das Stanzen und/oder Schneiden der Elementstruktur durch in der Vorrichtung zum Umformen der Platine zu einem Hohlprofil vorgesehene verfahrbare Mittel zum Stanzen und/oder Schneiden der Platine erfolgt.

Eine wirtschaftliche Herstellung von längsnahtgeschweißten oder gefügten Rohren in mittleren Stückzahlen wird, gemäß einer nächsten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, dadurch gewährleitstet, dass beim Umformen der Platine zum Hohlprofil die Platine durch einen Stempelkern gegen eine entsprechend dem Hohlprofil geformte Auflageplatte gedrückt wird, seitlich angeordnete Gesenkhälften das Hohlprofil gegen den Stempelkern ausformen und optional die gegenüber stehenden Längskanten der umgeformten Platine gefügt, insbesondere verschweißt werden. Das genannte Verfahren kann einerseits Hohlprofile mit unterschiedlicher Länge mit geringem Aufwand herstellen und ist andererseits mit geringem Aufwand an die Herstellung unterschiedlicher Querschnittsformen der Hohlprofile durch einen Austausch der Gesenkhälften und des Formstempels anpassbar.

Werden vor dem Umformen der Platine zum Hohlprofil Versteifungs- und/oder Funktionselemente an die Platine angefügt, können Hohlprofile sowohl mit angeformten als auch mit angefügten Versteifungs- und/oder Funktionselementen zur Verfügung gestellt werden.

Gemäß einer zweiten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die oben aufgezeigte Aufgabe durch eine gattungsgemäße Vorrichtung dadurch gelöst, dass mindestens ein Formstempel vorgesehen ist, mit welchem eine in die ebene Platine eingebrachte Elementstruktur in ein Versteifungs- und/oder Funktionselement ausformbar und/oder fixierbar ist. Durch die Integration des Formstempels in die Vorrichtung zum Umformen einer Platine zu einem Hohlprofil können die Arbeitsschritte des Ausformens oder Fixierens der Versteifungs- und/oder Funktionselemente mit den Arbeitsschritten zur Umformung der Platine zum Hohlprofil in einer Vorrichtung integriert werden, so dass die Anzahl der Arbeitsschritte durch Vermeidung von zusätzlichen Rüst- oder Positionierschritten reduziert wird.

Eine Minimierung der Rüst- bzw. Positionierschritte wird dadurch erreicht, dass Mittel zum Stanzen und/oder Schneiden der Elementstruktur in die ebene Platine vorgesehen sind. Durch entsprechende Mittel kann auch der vorgelagerte Prozess des Stanzens oder Schneidens der Elementstruktur in die ebene Platine in die Vorrichtung integriert werden, so dass alle Arbeitsschritte ausgehend von einer ebenen Platine bis zum fertigen Hohlprofil mit angeformten Versteifungs- und/oder Funktionselementen in einer Vorrichtung durchgeführt werden können.

Vorzugsweise sind die Mittel zum Stanzen und/oder Schneiden der Elementstruktur in die ebene Platine zumindest teilweise im Stempelkern integriert, so dass der Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung vereinfacht wird.

Die Position der einzelnen Versteifungs- und/oder Funktionselemente in dem fertigen Hohlprofil kann dadurch besonders einfach variiert werden, dass im Stempelkern verfahrbare Mittel zum Schneiden und/oder Stanzen integriert sind.

Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung auszugestalten und weiterzubilden. Hierzu wird verwiesen einerseits auf die den Patentansprüchen 1 und 6 nachgeordneten Patentansprüchen sowie andererseits auf die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens in Verbindung mit der Zeichnung. Die Zeichnung zeigt in

1a) und b) in einer perspektivischen Ansicht zwei ebene Platinen mit eingebrachten Elementstrukturen zur Ausformung von Versteifungs- und/oder Funktionselementen gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens,

2a) und b) in einer perspektivischen Ansicht die ausgeformten Hohlprofile hergestellt aus den ebenen Platinen aus 1a) und b) und

3 in einer schematischen Schnittansicht ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Umformen einer Platine zu einem Hohlprofil.

Die in 1a) und b) dargestellten Platinen 1, 2 weisen entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens eingebrachte Elementstrukturen 3, 4 auf. Die Elementstrukturen 3, 4 bestehen in der Regel aus eingestanzten oder geschnittenen Durchbrüchen in den Platinen 1, 2, welche zu Versteifungs- und/oder Funktionselementen, beispielsweise Anschluss- oder Flanschelemente, umgeformt werden können.

In 2a) und b) sind die Platinen 1, 2 zu einem Hohlprofil 5, 6 umgeformt dargestellt. Vor dem eigentlichen Umformen zu einem Hohlprofil sind die Elementstrukturen 3, 4 unter Verwendung eines Formstempels ausgeformt worden, so dass das Hohlprofil 5, 6 ein Funktionselement, in diesem Fall ein Anschlusselement 7, 8 aufweist. Aus dem Vergleich der 1a) und b) sowie 2a) und b) wird deutlich, dass die Versteifungs- und/oder Funktionselemente an beliebigen Stellen des Hohlprofils, beispielsweise an der Stirnseite oder in der Mitte des Hohlprofils angeformt werden können. Zwar zeigt die 2a) und b) lediglich die Ausbildung der Funktionselemente 7, 8 als Anschlusselemente. Ein Versteifungselement kann jedoch leicht durch Umbiegen der einzelnen ausgeschnittenen Laschen der Elementstruktur um 180° erreicht werden, so dass ein Bereich mit doppelter Platinendicke entsteht.

Da die in 2a) und b) dargestellten Anschlusselemente 7, 8 aus der ebenen Platine 1, 2 ausgeformt wurden, sind die gebildeten Laschen plan und zeigen keine störenden Restbiegungen auf. Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Anschlusselementen 7, 8 gewährleisten daher ideale Fügebedingungen zum Anfügen weiterer Hohlprofile.

In 3 ist nun in einer Schnittansicht schematisch der Bereich des Gesenks eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Umformen einer Platine zu einem Hohlprofil dargestellt. Die 3 zeigt eine Grundplatte 9, welche eine Ausnehmung 10 aufweist, wobei die Ausnehmung zur Ausformung der zuvor in die Platine gebrachten und in 3 nicht dargestellten Elementstrukturen dient. Darüber hinaus sind in 3 zwei Gesenkhälften 11, 12 dargestellt, welche durch eine Schließbewegung die Platine 13 gegen den Stempelkern 14 zu einem Hohlprofil, beispielsweise mit nahezu quadratischem Querschnitt, umformen. Der Formstempel 15, welcher im Stempelkern 14 integriert ist, dient einerseits dazu, vor der Schließbewegung der Gesenkhälften 11, 12 die Elementstrukturen zu einem Versteifungs- und/oder Funktionselement, beispielsweise Anschlusselement auszuformen, wobei die Platine 13 auf der Grundplatte 9 aufliegt. Im weiteren Verlauf des Herstellverfahrens dient der Formstempel 15 dazu, das Versteifungselement- und/oder Funktionselement 16 beim Umformen zu einem Hohlprofil zu fixieren.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung können so auch Schottbleche in Hohlprofile integriert werden und insbesondere kurze Laschen an ein Hohlprofil kostengünstig angeformt werden.

Vorzugsweise weist der Stempelkern in der 3 nicht dargestellte Mittel zum Stanzen und/oder Schneiden der Elementstrukturen in die Platine auf, so dass ein Hohlprofil mit angeformten Versteifungs- und/oder Funktionselementen in einem Arbeitsgang ausgehend von einer ebenen Platine hergestellt werden kann.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Hohlprofils mit mindestens einem angeformten Versteifungs- und/oder Funktionselement aus einer Platine, dadurch gekennzeichnet, dass durch Stanzen und/oder Schneiden eine das spätere Versteifungs- und/oder Funktionselement bildende Elementstruktur in die ebene Platine eingebracht wird, mindestens ein Formstempel die Elementstruktur zum Versteifungs- und/oder Funktionselement ausformt und optional fixiert und anschließend die Platine zum Hohlprofil umgeformt wird.
Verfahren zur Herstellung eines Hohlprofils nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Auflegen der Platine auf eine Grundplatte einer Vorrichtung zur Umformung der Platine zu einem Hohlprofil der Formstempel die Elementstruktur ausformt und optional fixiert.
Verfahren zur Herstellung eines Hohlprofils nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Stanzen und/oder Schneiden der Elementstruktur in der Vorrichtung zur Umformung der Platine zu einem Hohlprofil erfolgt.
Verfahren zur Herstellung eines Hohlprofils nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Stanzen und/oder Schneiden der Elementstruktur durch in der Vorrichtung zum Umformen der Platine zu einem Hohlprofil vorgesehene verfahrbare Mittel zum Stanzen und/oder Schneiden der Platine erfolgt
Verfahren zur Herstellung eines Hohlprofils nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass beim Umformen der Platine zum Hohlprofil die Platine durch einen Stempelkern gegen eine entsprechend dem Hohlprofil geformte Auflageplatte gedrückt wird, seitlich angeordnete Gesenkhälften das Hohlprofil gegen den Stempelkern ausformen und optional die gegenüber stehenden Längskanten der umgeformten Platine gefügt, insbesondere verschweißt werden.
Verfahren zur Herstellung eines Hohlprofils nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Umformen der Platine zum Hohlprofil Funktions- und/oder Versteifungselemente an die Platine angefügt werden.
Vorrichtung zum Umformen einer Platine (1, 2) zu einem Hohlprofil (5, 6, 13) mit mindestens einer Grundplatte (9), auf welche die umzuformende Platine (1, 2) aufgelegt werden kann, mindestens einem Stempelkern (14) für das Hohlprofil (5, 6, 13) und mindestens zwei Gesenkhälften (10, 11) zur Umformung der Platine (1, 2) zum Hohlprofil (5, 6, 13), insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Formstempel (15) vorgesehen ist, mit welchem eine in die ebene Platine eingebrachte Elementstruktur (3, 4) in ein Versteifungs- und/oder Funktionselement (7, 8 16) ausformbar und/oder fixierbar ist.
Vorrichtung zum Umformen einer Platine zu einem Hohlprofil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum Stanzen und/oder Schneiden der Elementstruktur (3, 4) in die ebene Platine (1, 2) vorgesehen sind.
Vorrichtung zum Umformen einer Platine zu einem Hohlprofil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Stanzen und/oder Schneiden der Elementstruktur (3, 4) in die ebene Platine (1, 2) zumindest teilweise im Stempelkern (14) integriert sind.
Vorrichtung zum Umformen einer Platine zu einem Hohlprofil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Stempelkern (14) verfahrbare Mittel zum Schneiden und/oder Stanzen integriert sind.