DE19740102A1 - Hohlkörper aus verschiedenen Materialien - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Hohlkörper nach Anspruch 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern nach Anspruch 7 und eine Verwendung der Hohlkörper nach Anspruch 8.

Zur Herstellung von hochfesten Bauteilen aus dünnwandigen Blechen findet insbesondere im Fahrzeugbau im Karosseriebereich die sog. Innenhochdruckumformung (IHU) Anwen­ dung, bei der z. B. zwei ineinander angeordnete und maßlich aufeinander abgestimmte Hohl­ körper durch plastische Verformung z. B. des Innenkörpers miteinander untrennbar verbun­ den werden und damit Festigkeitswerte erreichbar machen, die ansonsten nur durch z. B. spanend geformte oder gepreßte Bauteile aus Vollmaterial erreichbar waren. Die plastische Verformung erfolgt hierbei durch Einpressen von Hydraulikflüssigkeit mit hohem Druck z. B. in den inneren, gegenüber seiner Umgebung abgedichteten Hohlkörper, der daraufhin pla­ stisch geweitet wird und sich an die Innenwandung des äußeren Hohlkörpers anlegt. Hier­ durch wird eine besonders innige, auch nach der Entlastung von dem Druck der Hydraulik­ flüssigkeit bleibende Verbindung zwischen den beiden Teilen hergestellt. Gegebenenfalls muß der äußere Hohlkörper gegenüber eigenen Verformungen aufgrund des von innen drücken­ den Innenkörpers z. B. durch ein Gesenk abgestützt werden.

Aus der EP 0 780 284 A1 ist beispielsweise eine starre Verbindung zwischen Bauteilen bei einem Kraftfahrzeug bekannt, wobei ein erstes Bauteil als länglicher Hohlkörper ausgebildet ist und ein zweites Bauteil dieses umfänglich umschließt und wobei das erste Bauteil mittels Innenhochdruckumformen plastisch aufgeweitet wird. Hierzu werden die beiden Bauteile ineinander gesteckt und an axial beabstandet angeordneten radialen Querschnittsverengun­ gen aneinander angelegt. Durch die Innenhochdruckumformung wird das eine größere De­ formierbarkeit aufweisende innere Bauteil aufgeweitet und bildet in den Zwischenbereichen zwischen den Querschnittsverengungen durch die Aufweitung eine formschlüssige Verbin­ dung mit dem äußeren Bauteil. Hierdurch entsteht ein sehr festes und gleichzeitig leichtes Werkstück.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, mit den Möglichkeiten der Innenhochdruck­ umformung hergestellte Bauteile im Hinblick auf eine Gewichtsreduzierung von Werkstücken weiter zu verbessern.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich hinsichtlich des Hohlkörpers aus den kennzeichnen­ den Merkmalen des Anspruches 1, hinsichtlich des Verfahrens aus den Merkmalen des An­ spruches 7 und hinsichtlich der Verwendung aus den Merkmalen des Anspruch es 8 jeweils in Zusammenwirken mit den Merkmalen des jeweiligen Oberbegriffes. Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Hohlkörper.

Die erfindungsgemäße Lösung nach Anspruch 1 geht von einem Hohlkörper aus, der ein hohles Außenteil und ein hohles Innenteil umfaßt, bei denen die Außenmaße des Innenteils und die Innenmaße des Außenteils derart aufeinander abgestimmt sind, daß das Innenteil von dem Außenteil umfänglich umschlossen ist und Innenteil und Außenteil durch Aufweiten des Innenteils mittels Innenhochdruckumformung miteinander verbunden sind. Das Verfah­ ren der Innenhochdruckumformung ist hierbei aus dem Stand der Technik dem Fachmann vertraut und soll daher hier nicht weiter erläutert werden. In erfindungsgemäßer Weise wird nun das Außenteil im Verhältnis zum Innenteil aus einem Material gebildet ist, das hohe Festigkeitswerte aufweist, wohingegen das Innenteil im Verhältnis zum Außenteil aus einem Material gebildet ist, das gute Verformbarkeit und geringes spezifisches Materialgewicht aufweist. Hierdurch entsteht nach der Innenhochdruckumformung ein Verbund von Innenteil und Außenteil, der die Vorteile der beiden verwendeten Materialien in besonders vorteilhaf­ ter Weise miteinander verbindet.

Besonders vorteilhaft wird dabei das Innenteil im Verhältnis zum Außenteil dickwandiger ausgebildet sein und/oder es wird aus Magnesium oder Aluminium oder aus Verbindungen mit diesen Werkstoffen bestehen. Kombiniert wird ein derartiges Innenteil bevorzugt mit ei­ nem Außenteil aus einem Werkstoff mit hoher Streckgrenze, vorzugsweise aus Stahl, das außerdem bevorzugt im Verhältnis zum Innenteil dünnwandiger ausgebildet ist. Hierdurch wird die besonders gute plastische Umformbarkeit eines derartigen Innenmaterials mit der hohen Festigkeit des Außenmaterials kombiniert. In einer besonders bevorzugten Weiterbil­ dung der Erfindung kann durch die unterschiedlichen Materialdicken bei hohen Steifigkeiten des Materials des Außenteiles eine hohe Formstabilität des Gesamtkörpers trotz geringen Gesamtgewichts erreicht werden. Es läßt sich somit im Vergleich zu reinen Stahlbauteilen, die durch Innenhochdruckumformung hergestellt werden, Gewicht einsparen und im Ver­ hältnis zu reinen Magnesium- oder Aluminiumbauteilen, die ebenfalls innenhochdruckumge­ formt werden, eine höhere Zug- und Druckfestigkeit und damit eine größere Steifigkeit des resultierenden Bauteiles erreichen.

Besonders einfach und für viele Einsatzfälle von besonderer Bedeutung ist es, wenn der Hohlkörper eine im wesentlichen längliche Form aufweist, so daß Innenteil und Außenteil vor der Innenhochdruckumformung entlang der Längserstreckung in Form einer Steckverbin­ dung ineinandersteckbar sind. Derartige längliche Bauteile können als tragende Konstruktio­ nen, als Halbzeuge zur weiteren Verarbeitung (auch z. B. durch weitere anschließende In­ nenhochdruckumformung) oder als Ersatz für Rohre, Versteifungen und dgl. Anwendung finden, in denen bisher mit schweren Vollmaterialien die entsprechende Stabilität erreicht werden mußte.

In einer vorteilhaften Weiterbildung wird der Hohlkörper derart gestaltet, daß gezielt vor der Innenhochdruckumformung eingebrachte Oberflächenrauhigkeiten und/oder Formelemente an Innenteil und/oder Außenteil nach dem Aufweiten aufgrund der Innenhochdruckumfor­ mung eine schubsteife Verbindung zwischen Innenteil und Außenteil herstellen. Hierdurch wird die Haftung in den plastisch verformten Bereichen des Innenteiles mit den zugeordne­ ten Bereichen des Außenteiles verbessert, wodurch beispielsweise Belastungen eines der beiden Fügepartner direkt und ohne Relativbewegungen auf den anderen Fügepartner übertragen werden.

Weiterhin beschreibt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern aus einem hohlen Innenteil und einem hohlen Außenteil, bei denen aufgrund der Maße von Innenteil und Außenteil das Innenteil in das Außenteil eingebracht wird und das Außenteil im Verhält­ nis zum Innenteil aus einem Material mit hohen Festigkeitswerten und das Innenteil aus ei­ nem im Verhältnis zum Außenteil Material guter Verformbarkeit und geringem spezifischen Materialgewicht durch Aufweiten des Innenteils mittels Innenhochdruckumformen miteinan­ der verbunden werden.

Darüber hinaus wird eine Verwendung der Hohlkörper im Fahrzeugbau angegeben, insbe­ sondere für Karosserieteile, vorzugsweise zur Herstellung von Rahmenbauteilen und Anbau­ teilen. Beispielsweise können derartige Bauteile im Karosseriebau zur Herstellung von Dach­ relings, Montageträgern oder Hilfsrahmen Anwendung finden.

Eine besonders vorteilhafte Ausbildung des Hohlkörpers zeigt die Zeichnung.

Es zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch die Fügepartner eines als Rohr ausgestalteten Hohlkörpers, dargestellt als Stadienplan in Einzelteilen vor und nach dem Innenhochdruckumformen.

In der Fig. 1 ist ein Hohlkörper 3 dargestellt, der aus einem Außenteil 1 aus einem dünn­ wandigen Stahlrohr und aus einem Innenteil 2 aus einem im Verhältnis zu dem Stahlrohr 1 dickwandigeren Magnesiumrohr aufgebaut ist. Die beiden Rohre 1 und 2 sind maßlich so gestaltet, daß das Innenteil 2 entlang der Rohrachse des Außenteiles 1 in das Stahlrohr 1 eingeschoben werden kann, ohne hierzu größere Kräfte zu benötigen. Andererseits sollte wegen der begrenzten Verformbarkeit des Innenteiles 2 bevorzugt nur relativ geringes Spiel zwischen dem Außendurchmeser des Innenteiles 2 und dem Innendurchmesser des Außen­ teiles 1 herrschen.

Nach dem an sich bekannten Vorgang der Innenhochdruckumformung ist das Innenteil 2 plastisch geweitet worden und hat sich in diesem Falle vollflächig mit seiner Außenwand an die Innenwand des Stahlrohres 1 angelegt. Hierdurch ist eine besonders schub- bzw. torsi­ onsbelastbare Verbindung zwischen Innenteil 2 und Außenteil 1 hergestellt worden.

In der Fig. 1 nicht genauer dargestellt ist, daß auf dem Außenumfang des Innenteiles 2 und/oder auf der Innenfläche des Außenteiles 1 gezielt (z. B. durch Sandstrahlen) einge­ brachte Oberflächenrauhigkeiten und/oder Formelemente wie z. B. Sicken, Rändelungen oder sonstige Erhebungen bzw. Vertiefungen eingebracht werden können, die eine beson­ ders innige Verbindung zwischen Innenteil 2 und Außenteil 1 nach dem Innenhochdruckum­ formen erlauben.

Es versteht sich von selbst, daß die Erfindung sich auf jegliche Bauteilform und Quer­ schnittsform direkt anwenden läßt, bei der Innenteil und Außenteil einander umschließend zugeordnet werden können. Insbesondere Hohlkörper im Bereich der Automobilfertigung sind von der Erfindung umschlossen.

Claims (8)

1. Hohlkörper (3) umfassend ein hohles Außenteil (1) und ein hohles Innenteil (2), bei denen Außenmaße des Innenteils (2) und Innenmaße des Außenteils (1) derart aufeinander ab­ gestimmt sind, daß das Innenteil (2) von dem Außenteil (1) umfänglich umschlossen ist und Innenteil (2) und Außenteil (1) durch Aufweiten des Innenteils (2) mittels Innenhoch­ druckumformung miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenteil (1) im Verhältnis zum Innenteil (2) aus einem Material gebildet ist, das ho­ he Festigkeitswerte aufweist, und das Innenteil (2) im Verhältnis zum Außenteil (1) aus einem Material gebildet ist, das gute Verformbarkeit und geringes spezifisches Material­ gewicht aufweist.

2. Hohlkörper (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenteil (1) im Verhältnis zum Innenteil (2) zumindest im wesentlichen dünnwandiger ausgebildet ist.

3. Hohlkörper (3) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenteil (2) aus Magnesium oder Aluminium oder aus Verbindungen mit diesen Werkstoffen besteht.

4. Hohlkörper (3) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenteil (1) aus Stahl besteht.

5. Hohlkörper (3) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (3) eine im wesentlichen längliche Form aufweist, so daß Innenteil (2) und Außenteil (1) vor der Innenhochdruckumformung entlang der Längserstreckung in Form einer Steckverbindung ineinandersteckbar sind.

6. Hohlkörper (3) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß gezielt vor der Innenhochdruckumformung eingebrachte Oberflächenrauhigkeiten und/oder Formelemente an Innenteil (2) und/oder Außenteil (1) nach der Innenhochdruck­ umformung eine schubsteife Verbindung zwischen Innenteil (2) und Außenteil (1) her­ stellen.

7. Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern (3) nach Anspruch 1 aus einem hohlen Innen­ teil (2) und einem hohlen Außenteil (1), bei denen aufgrund der Maße von Innenteil (2) und Außenteil (1) das Innenteil (2) in das Außenteil (1) eingebracht wird und das Außen­ teil (1) im Verhältnis zum Innenteil (2) aus einem Material mit hohen Festigkeitswerten und das Innenteil (2) aus einem im Verhältnis zum Außenteil (1) Material guter Verform­ barkeit und geringem spezifischen Materialgewicht durch Aufweiten des Innenteils (2) mittels Innenhochdruckumformen miteinander verbunden werden.

8. Verwendung der Hohlkörper (3) nach Anspruch 1 im Fahrzeugbau, insbesondere für Ka­ rosserieteile, vorzugsweise zur Herstellung von Rahmenbauteilen und Anbauten.