DE102006005964B3

DE102006005964B3 - Verfahren zur Herstellung eines Struktur- oder Fahrwerkbauteils für Kraftfahrzeuge und Struktur- oder Fahrwerkbauteil

Info

Publication number: DE102006005964B3
Application number: DE102006005964A
Authority: DE
Inventors: Hans Jürgen Knaup
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2006-02-08
Filing date: 2006-02-08
Publication date: 2007-07-19
Anticipated expiration: 2026-02-09
Also published as: DE502007000469D1; ES2322623T3; ATE424266T1; EP1818115B1; US7748743B2; US20070180697A1; EP1818115A1

Abstract

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Struktur- oder Fahrwerkbauteils 9 für Kraftfahrzeuge wird eine Platine 1 in einem Pressenwerkzeug umgeformt. In der Platine 1 wird zumindest an einem Rand 2, 3 mit Abstand von der Außenkante 4, 5 der Platine 1 eine Materialbevorratung 6, 7 ausgeformt. Die Materialbevorratung 6, 7 dient beim Umformvorgang als Materialreserve. Anschließend wird die Platine 1 im Pressenwerkzeug 8 zum Struktur- oder Fahrwerkbauteil 9 umgeformt. Hierbei wird die Materialbevorratung 6, 7 im Pressenwerkzeug 8 unter Materialverdrängung in Richtung zur Außenkante 4, 5 eingeebnet und der Rand 2, 3 gegen ein Widerlager 19, 20 im Pressenwerkzeug 8 gedrückt, wodurch der Rand 2, 3 in eine Ausnehmung 21, 22 im Pressenwerkzeug 8 umgeformt wird, so dass am Rand 2, 3 ein Wulst 23, 24 entsteht.

Description

Die Erfindung betrifft einerseits ein Verfahren zur Herstellung eines Struktur- oder Fahrwerkbauteils für Kraftfahrzeuge und andererseits ein solches Struktur- oder Fahrwerkbauteil.
Bei hoch beanspruchten Pressbauteilen aus Metallblechen, insbesondere bei im Fahrzeugbau eingesetzten Struktur- oder Fahrwerkbauteilen aus hochfesten Stählen oder Leichtmetallen stellen die Beschnittkanten sehr oft eine Schwachstelle dar, von denen vor allem unter dynamischer Belastung oder im Crashfall Risse ausgehen. Ursachen hierfür sind die betriebsbedingten hohen Belastungen in diesen Kantenbereichen. In den Kantenbereichen entstehen beim mechanischen Beschneiden Gefügeveränderungen und Mikrorisse, welche die Rissanfälligkeit der Struktur- oder Fahrwerkbauteile erhöhen. Gleichzeitig wird die Blechdicke an der Beschnittkante infolge des notwendigen Schneiddrucks reduziert.
Auch bei thermischen Trennverfahren wird der Kantenbereich in der Regel durch prozessbedingte Kerben im Schnittkantenverlauf und bei hochfesten Stählen auch durch die aus der Wärmeeinwirkung resultierende Endfestigkeit geschwächt.
Die vorgenannten nachteiligen Einflüsse können nicht nur zum Versagen der fertigen Struktur- oder Fahrwerkbauteile führen, sondern auch bei im Fertigungsprozess nachfolgend auftretenden Beanspruchungen, z.B. durch Aufweiten, Abkanten und ähnliches an den Kantenbereichen Risse oder Einschnürungen verursachen.

Zur Beseitigung von Zugspannungen und Mikrorissen an den Längskanten von Torsionsprofilen von Verbundlenkerachsen schlägt die DE 196 42 995 C1 vor, die Längskanten zu stauchen, um hier Druckeigenspannungen zu erzeugen. Durch das Stauchen werden die Oberflächen der Schnittkanten geglättet und vorhandene Mikrorisse kaltverschweißt. In bevorzugter Ausgestaltung sollen bei der DE 196 42 995 C1 zunächst Längsrillen mit kleinem Abstand von den Längskanten in die Platine eingepresst und dabei oder danach die Längskanten gestaucht werden.

Der bekannte Vorschlag stellt bereits einen Schritt zur Erhöhung der Lebensdauer einer Verbundlenkerachse bzw. deren Torsionsprofil dar. Grundsätzlich erscheint jedoch die Herstellung von Struktur- oder Fahrwerkbauteilen mit verbesserten Bauteilkanten erstrebenswert.

Zum technologischen Hintergrund zählt des Weiteren die DE 33 43 709 A1 . Dort wird ein Verfahren zur Herstellung eines Struktur- oder Fahrwerkbauteils in Form eines Rahmenteils für Kraftfahrzeuge beschrieben. Das Rahmenbauteil wird hierzu aus einer Platine in einem Pressenwerkzeug umgeformt mit der Besonderheit, dass dort die Platine partiell abgewalzt wird und somit verschieden dicke Längenabschnitte aufweist.

Der Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Struktur- oder Fahrwerkbauteilen für Kraftfahrzeuge mit verbesserten und genaueren Kanteneigenschaften aufzuzeigen sowie ein hinsichtlich seines Belastungsverhaltens verbessertes Struktur- oder Fahrwerkbauteil zu schaffen.

Die Lösung des verfahrensmäßigen Teils der Aufgabe besteht in einem Verfahren gemäß Anspruch 1.

Zur Herstellung eines Struktur- oder Fahrwerkbauteils wird eine Platine aus Stahl oder einem Leichtmetall eingesetzt. An der Platine wird eine Materialbevorratung vorgesehen, welche beim Umformvorgang in andere Bereiche des Struktur- oder Fahrwerkbauteils verschoben und umgeformt wird. Die Platine wird beim Umformvorgang zum Struktur- oder Fahrwerkbauteil zumindest an einem Rand gegen ein Widerlager im Pressenwerkzeug gedrückt und die Materialbevorratung in einer Ausnehmung im Pressenwerkzeug umgeformt. Hierduch entsteht am Rand des Struktur- oder Fahrwerkbauteils ein präziser genau definierter Längskantenbereich. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise gewährleistet Bauteilkanten mit hoher Qualität, bei denen Mikrorisse zuverlässig kalt verfestigt sind oder warmgestaucht werden. Die Rissanfälligkeit der Struktur- bzw. Fahrwerkbauteile im Randbereich ist deutlich vermindert und insgesamt die Lebensdauer eines erfindungsgemäßen Struktur- oder Fahrwerkbauteils erhöht.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 9.

Vorzugsweise wird der Rand der Platine im Pressenwerkzeug derart umgeformt, dass am Rand ein Wulst entsteht.

Am Struktur- oder Fahrwerkbauteil können ein oder mehrere Wulste erzeugt werden. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass ein Wulst vor allem in rissgefährdeten oder eng tolerierten Bereichen eines Struktur- bzw. Fahrwerkbauteils angebracht wird.

Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Struktur- oder Fahrwerkbauteils kann eine Platine eingesetzt werden, die gegenüber der Abwicklung des Struktur- oder Fahrwerkbauteils ein gewissess Übermaß besitzt, so dass die Platine eine Materialreserve zur Erzeugung eines oder mehrerer Wulste an den Rändern besitzt.

Durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren kann auch das sonst oft übliche nachträgliche Beschneiden der Außenkontur der Struktur- oder Fahrwerkbauteile aufgrund von Schwankungen in der Außenkontur entfallen. Durch das gezielte Vorhalten und anschließende Verdrängen von Material in den Bereich der Außenkante mit definierter Formgebung der Ränder werden nachträgliche Beschneideoperationen eingespart. Diese Vorgehensweise bietet sich vor allem bei warmgeformten pressgehärteten Struktur- bzw. Fahrwerkbauteilen an.

Eine besonders vorteilhafte Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, zunächst zumindest entlang eines Rands der Platine mit geringem Abstand von der Außenkante der Platine eine wellenförmige Materialbevorratung nach Art einer Sicke auszuformen. Die Sicke dient beim Umformvorgang als Materialreserve. Anschließend wird die Platine im Pressenwerkzeug zum Struktur- bzw. Fahrwerkbauteil umgeformt. Hierbei wird die Materialbevorratung im Pressenwerkzeug unter Materialverdrängung in Richtung zur Außenkante eingeebnet, so dass am Rand der Wulst entsteht.

Die Materialbevorratung kann gleichzeitig mit dem Schneiden der Platine in einem Folgewerkzeug ohne separaten Arbeitsgang eingebracht werden.

Für die Praxis wird es ferner als zweckmäßig angesehen, die Wulst am Rand in eine Richtung quer zur Längserstreckung des Rands umzustellen. Die Materialbevorratung wird zweckmäßierweise in Bereiche des Struktur- oder Fahrwerkbauteils verdrängt, in denen eine Wulstbildung die Weiterverarbeitung des Struktur- oder Fahrwerkbauteils nicht behindert. Grundsätzlich kann der Rand auch mit Ausnehmungen und als Lochrand ausgeführt sein. Die Platine bzw. das Struktur- oder Fahrwerkbauteil kann Durchbrechungen, beispielsweise Löcher oder ähnliche Ausnehmungen aufweisen, welche beim Umformvorgang im Pressenwerkzeug auf Toleranz endgeformt werden. Hierbei kann der Rand der Durchbrechungen auch mit einem Wulst versehen werden.

Des Weiteren kann der Rand über das Widerlager auf Toleranz geformt werden. Auf diese Weise wird ein tiefgezogener Rand erzeugt, der innerhalb der erlaubten Toleranzen liegt und der nicht mehr geschnitten werden braucht. Auch hierdurch können Mikrorisse verhindert werden.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann das Struktur- bzw. Fahrwerkbauteil sowohl warm als auch kalt umgeformt werden. Beim Warmumformen kann vorteilhaft eine zumindest partielle Härtung des Struktur- bzw. Fahrwerkbauteils im Pressenwerkzeug vorgenommen werden.

Die Lösung des gegenständlichen Teils der Aufgabe besteht in einem Struktur- oder Fahrwerkbauteil gemäß Anspruch 10.

Das Struktur- bzw. Fahrwerkbauteil umfasst einen Schalenkörper hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren. Der Schalenkörper besitzt einen U- oder V-förmigen Querschnitt mit einem Steg und zwei Schenkeln, wobei sich endseitig an die Schenkel vorzugsweise nach außen gerichtete Flansche anschließen. Jeweils am freien Ende der Flansche erstreckt sich eine Wulst entlang des Bauteilrands. Diese Wulst steht in Richtung zum Steg gegenüber dem Flansch vor. Zur Komplettierung ist der Schalenkörper durch ein Schließblech verschlossen, welches jeweils an den Flanschen mit dem Schalenkörper gefügt ist. Die Fügung erfolgt an der der Wulst gegenüber liegenden ebenen Seite der Flansche, so dass ebene Kontaktflächen der Flansche und des Schließblechs aneinander gelegt und gefügt werden. Die Wulste stellen somit beim Fügen, insbesondere beim Punktverschweißen, kein Hindernis dar.

Das erfindungsgemäße Struktur- oder Fahrwerkbauteil ist sowohl statisch als auch dynamisch hoch belastbar und weist eine deutlich geringere Anfälligkeit gegen Rissausbildung an den Bauteilkanten auf.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1 in einem Querschnitt eine Platine zur Herstellung eines Struktur- oder Fahrwerkbauteils;
2 die Platine mit beidseitig angeformten Materialbevorratungen;
3a–3c den Umformvorgang der Platine in drei Stufen;
4 in perspektivischer Darstellungsweise einen Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Struktur- oder Fahrwerkbauteil und
5 die Darstellung gemäß der 4 in einer Stirnansicht.
1 zeigt eine Platine 1 aus Stahl oder einem Leichtmetall. Diese ist von einem Coil abgeteilt und gegebenenfalls mittels einer Schneideoperation vorkonfektioniert worden. Die Platine 1 dient zur Herstellung eines Struktur- oder Fahrwerkbauteils für Kraftfahrzeuge.
Zunächst wird entlang der beiden äußeren Ränder 2, 3 der Platine 1 mit geringem Abstand von der jeweiligen Außenkante 4, 5 eine wellenförmige Materialbevorratung 6, 7 nach Art einer Sicke ausgeformt. Die Materialbevorratungen 6, 7 können beim Beschneiden der Platine 1 in einem Folgewerkzeug hergestellt werden.
Die mit den Materialbevorratungen 6, 7 versehene Platine 1 wird dann in einem Pressenwerkzeug 8, wie in der 3 dargestellt, zu einem Struktur- oder Fahrwerkbauteil 9 umgeformt (siehe auch 4 und 5). Bei dem Pressenwerkzeug 8 kann es sich um ein Kaltumform- oder ein Warmumformwerkzeug handeln.
Das Pressenwerkzeug 8 umfasst ein Oberwerkzeug 10 und ein Unterwerkzeug 11, zwischen denen beim Umformvorgang ein Formraum 12 ausgebildet wird.
Die Platine 1 wird in das Pressenwerkzeug eingelegt und das Oberwerkzeug 10 und das Unterwerkzeug 11 relativ zueinander verlagert (3a). Beim weiteren Zusammenfahren des Pressenwerkzeugs 8, wie in 3b) dargestellt, wird ein Schalenkörper 13 mit einem U-förmigen Querschnitt ausgebildet, der einen Steg 14 sowie zwei Schenkel 15, 16 aufweist, an welche sich endseitig jeweils nach außen gerichtete Flansche 17, 18 anschließen.
Mit fortschreitendem Pressenhub bis in die Endlage (3c) werden die Materialbevorratungen 6, 7 unter Materialverdrängung in Richtung zu den Außenkanten 4, 5 eingeebnet. Hierbei werden die Ränder 2, 3 der Platine 1 jeweils gegen ein Widerlager 19, 20 im Unterwerkzeug 11 des Pressenwerkzeugs 8 gedrückt und in eine Ausnehmung 21, 22 im Oberwerkzeug 10 des Pressenwerkzeugs 8 umgeformt, so dass an den Rändern 2, 3 jeweils ein Wulst 23, 24 entsteht.
Anhand der 3c) erkennt man, dass die Wulste 23, 24 quer zur Längserstreckung der Ränder 2, 3 in eine Richtung umgestellt werden, so dass die Wulste 23, 24 in Richtung zum Steg 14 gegenüber den Flanschen 17, 18 vorstehen.
Die Wulste 23, 24 stellen definierte Längskantenbereiche entlang der Ränder 2, 3 am Struktur- oder Fahrwerkbauteil 9 sicher mit geringer Rissanfälligkeit und hoher Maßgenauigkeit. Nachträgliche Beschneideoperationen entlang der Ränder 2, 3 am Struktur- oder Fahrwerkbauteil 9 können entfallen.
Die 4 und 5 zeigen einen Ausschnitt aus dem Schalenkörper 13 eines erfindungsgemäßen Struktur- oder Fahrwerkbauteils 9. Der Schalenkörper 13 ist durch ein Schließlech 25 verschlossen, welches jeweils auf der den Wulsten 23, 24 gegenüber liegenden ebenen Seite 26, 27 der Flansche 17, 18 mit dem Schalenkörper 13 gefügt ist. Mit E1 und E2 sind in den 4 und 5 Schweißelektroden bezeichnet. Über die Schweißelektroden E1 und E3 werden der Schalenkörper 13 und das Schließblech 25 punktverschweit. Aufgrund der Tatsache, dass die Wulste 23, 24 in Richtung zum Steg 14 des Schalenkörpers 13 umgestellt sind, stellen diese kein Hindernis beim Punktverschweißen dar.

1: Platine
2: Rand
3: Rand
4: Außenskante
5: Außenkante
6: Materialbevorratung
7: Materialbevorratung
8: Pressenwerkzeug
9: Struktur- oder Fahrwerkbauteil
10: Oberwerkzeug
11: Unterwerkzeug
12: Formraum
13: Schalenkörper
14: Steg
15: Schenkel
16: Schenkel
17: Flansch
18: Flansch
19: Widerlager
20: Widerlager
21: Ausnehmung
22: Ausnehmung
23: Wulst
24: Wulst
25: Schließblech
26: untere Seite v. 17
27: untere Seite v. 18
E1: Elektrode
E2: Elektrode

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Struktur- oder Fahrwerkbauteils für Kraftfahrzeuge aus einer Platine (1), die in einem Pressenwerkzeug (8) zum Struktur- oder Fahrwerkbauteil umgeformt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Platine (1) wenigstens eine Materialbevorratung (6, 7) aufweist und zumindest ein Rand (2, 3) beim Umformvorgang gegen ein Widerlager (19, 20) im Pressenwerkzeug (8) gedrückt und die Materialbevorratung (6, 7) in den Rand (2, 3) und in eine Ausnehmung (21, 22) im Pressenwerkzeug (8) umgeformt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rand (2, 3) im Pressenwerkzeug derart umgeformt wird, dass am Rand (2, 3) ein Wulst (23, 24) entsteht.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst zumindest entlang einem Rand (2, 3) der Platine (1) mit Abstand von der Außenkante (4, 5) der Platine (1) eine wellenförmige Materialbevorratung (6, 7) ausgeformt wird und die Platine (1) anschließend im Pressenwerkzeug (8) umgeformt wird, wobei die Materialbevorratung (6, 7) im Pressenwerkzeug (8) unter Materialverdrängung in Richtung zur Außenkante (4, 5) eingeebnet wird, so dass am Rand (2, 3) der Wulst (23, 24) entsteht.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wulst (23, 24) am Rand (2, 3) in eine Richtung umgestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Struktur- oder Fahrwerkbauteil im Pressenwerkzeug (8) warm umgeformt und zumindest partiell gehärtet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Struktur- oder Fahrwerkbauteil im Pressenwerkzeug (8) kalt umgeformt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass beim Umformvorgang Durchbrechungen im Struktur- oder Fahrwerkbauteil auf Toleranz endgeformt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialbevorratung in Bereiche des Struktur- oder Fahrwerkbauteils verdrängt wird, in denen eine Wulstbildung die Weiterverarbeitung des Struktur- oder Fahrwerkbauteils nicht behindert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Rand über das Widerlager auf Toleranz geformt wird.
Struktur- oder Fahrwerkbauteil mit einem Schalenkörper (13) hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalenkörper (13) einen U- oder V-förmigen Querschnitt mit einem Steg (14), zwei Schenkeln (15, 16) und sich endseitig an die Schenkel (15, 16) anschließenden Flanschen (17, 18) aufweist, wobei sich jeweils am freien Ende der Flansche (17, 18) ein Wulst (23, 24) erstreckt, welcher in Richtung zum Steg (14) gegenüber dem Flansch (17, 18) vorsteht und der Schalenkörper (13) durch ein Schließblech (25) verschlossen ist, welches jeweils an den Flanschen (17, 18) mit dem Schalenkörper (13) gefügt ist.