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Gebiet der
Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft Verfahren zum Hydroformen eines verstärkten Rohrs
gemäß dem Oberbegriff
der Ansprüche
1, 7 und 9 sowie ein durch Hydroformen geformtes Teil gemäß dem Oberbegriff des
Anspruchs 12.
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Hintergrund
der Erfindung
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Der
Prozess des Hydroformens von metallischen Baukomponenten ist wohlbekannt.
Siehe z.B. die US-Patente Nr. 5.107.693, 5.233.854, 5.333.775, 4.567.743,
5.070.717, 5.239.852 und 5.339.667.
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Bei
einem herkömmlichen
Hydroformungsprozess wird ein rohrförmiges metallisches Rohlingelement,
das typischerweise ein Stück
Metallblech ist, das zu einem im wesentlichen zylindrischen Rohr
geformt ist, in einem Formhohlraum einer Hydroformungsform angeordnet.
Gegenüberliegende
Enden des Rohrs werden abgedichtet und ein mit Druck beaufschlagtes
Fluid wird in den Innenraum des rohrförmiges Rohlings eingeleitet,
damit sich der Rohling nach außen
ausdehnt, bis er an den den Formhohlraum definierenden Innenflächen angeschmiegt
ist. Bei neuerlichen Verbesserungen an dem herkömmlichen Hydroformungsprozess
werden die gegenüberliegenden
Enden des rohrförmigen
Rohlings während
der Ausdehnung des Rohrs nach außen in Längsrichtung aufeinander zu
zusammengedrückt, um
die Wanddicke des Metalls, wenn es sich nach außen ausdehnt, nachzufüllen. Ein
beispielhaf ter Prozess zum Nachfüllen
von Metall durch das Komprimieren des Rohlings in Längsrichtung
ist in den US-Patenten Nr. 5.899.498, 5.855.394 und 5.718.048 und
in den übertragenen
US-Patenten Nr. 6.014.879 und 5.979.201 offenbart.
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Ein
Vorteil der Hydroformung von rohrförmigen Teilen besteht darin,
dass Teile mit veränderlichen
unregelmäßigen Querschnittskonfigurationen recht
einfach hergestellt werden können,
was unter Verwendung von Walzformungstechniken äußerst schwierig, wenn nicht
unmöglich
wäre.
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Bei
den herkömmlichen
Hydroformungsprozessen weist die fertige hydrogeformte Komponente eine
Wanddicke auf, die über
die gesamte Komponente im wesentlichen konstant ist, oder falls
sie doch schwankt, kann eine derartige Schwankung nicht einfach
gesteuert werden, insbesondere in Situationen, in denen bedeutende
Schwankungen der Wanddicke erwünscht
sind. Eine nachfolgende Bearbeitung der Komponente oder vorgesehene
Anwendungen der Komponente können
die Notwendigkeit der örtlich
größeren Festigkeit
oder Steifigkeit erforderlich machen. Bei herkömmlichen Hydroformungstechniken
kann ein dickerer rohrförmiger
Rohling verwendet werden, um örtliche
Festigkeitsanforderungen zu erfüllen,
so dass die Gesamtdicke des geformten Teils durch die Anforderung
der größten örtlichen
Festigkeit festgelegt ist. Derartige Komponenten sind jedoch unnötigerweise
schwer und die Materialkosten zum Bilden derartiger Komponenten
können
unnötig
groß werden.
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Eine
Hydroformungstechnik zum Realisieren örtlicher Festigkeitsanforderungen
ist in dem US-Patent Nr. 5.333.775 erläutert. Das Patent '775 offenbart ein
Verfahren, in dem bestimmte Abschnitte eines hydrogeformten Elements
mit größerer Festigkeit
als andere hergestellt werden, indem mehrere rohrförmige Rohlingabschnitte
mit unterschiedlichen Wanddicken an den Enden aneinandergeschweißt werden, so
dass das fertige hydrogeformte Element an bestimmten Stellen eine
größere Wanddicke
aufweist. Das in diesem Patent offenbarte Verfahren ist langwierig
und dadurch arbeitsintensiv und teuer.
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Weitere
Verfahren sind vorgeschlagen worden, um eine örtliche Außenhülle zu schaffen, die einen
inneren rohrförmigen
Rohling umgibt. Der innere rohrförmige
Rohling wird ausgedehnt, bis er an der Innenfläche der äußeren Hülse in Eingriff gelangt, woraufhin
eine weitere Ausdehnung des inneren rohrförmigen Rohlings die gleichzeitige
Ausdehnung der äußeren Hülse bewirkt,
bis die äußere Hülse in einen
Eingriff mit der den hydroformenden Formhohlraum definierenden Oberfläche bewegt
wird. Während
die Außenfläche eine örtliche
Verstärkung
aufweisen kann, umgibt sie das Innenrohr vollständig und stellt somit mehr
Metallmaterial bereit, was erwünscht
sein kann. In diesem Kontext erfolgt eine Bezugnahme z.B. auf die
WO-A-98/31485, die ein Verfahren gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1, 7
und 9 sowie ein hydrogeformtes Teil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
12 offenbart. Da die äußere Hülse zusätzlich das
Innenrohr umgibt, kann sie die gewünschte Ausdehnung des Rohlings
verhindern, insbesondere dann, wenn das hydrogeformte Rohr in eine
Ecke ausgedehnt werden soll und besonders dann, wenn für die Verstärkung ein
Metall mit starker Dehnung erwünscht
ist.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorhergehenden Nachteile herkömmlicher
Hydroformungsprozesse werden gemäß den Konzepten
der vorliegenden Erfindung durch die in den Ansprüchen 1,
7 und 9 definierten Verfahren überwunden.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein hydrogeformtes
Teil bereitgestellt.
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Die
abhängigen
Ansprüche
definieren bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnung
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1 ist
eine perspektivische Explosionsansicht, die einen rohrförmigen Rohling
und ein Verstärkungselement
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
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2 ist
eine Schnittansicht, die einen rohrförmigen Rohling, ein Verstärkungselement,
das sich in dem rohrförmigen
Rohling befindet, einen Ausdehnungsdorn, der sich in dem Verstärkungselement
befindet, und ein Schweißgerät, das sich
an der Außenseite
des rohrförmigen
Rohlings befindet, zeigt;
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3 ist
eine Schnittansicht in Längsrichtung
eines rohrförmigen
Rohlings, eines Verstärkungselements,
das sich in dem rohrförmigen
Rohling befindet, eines Ausdehnungsdorns, der sich in dem Verstärkungselement
befindet, und eines Schweißgeräts, das
sich an der Außenseite
des rohrförmigen
Rohlings befindet;
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4A ist
eine perspektivische Ansicht, die ein ebenes Metallblech mit einem
daran befestigten ebenen Verstärkungselement
zeigt;
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4B ist
eine perspektivische Ansicht, die das Metallblech und das Verstärkungselement
von 4A zeigt, die teilweise zu einem rohrförmigen Rohling
gewalzt sind;
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5 ist
eine teilweise Schnittansicht in Längsrichtung einer Hydroformungsform
mit einem darin angeordneten verstärkten rohrförmigen Rohling;
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6 ist
eine Längsschnittansicht
einer Hydroformungs form mit einem darin angeordneten verstärkten rohrförmigen Rohling,
wobei der rohrförmige Rohling
durch das Fluid mit Druck beaufschlagt ist und ausgedehnt wird,
bis er sich an die Formflächen des
Formhohlraums anschmiegt;
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7 ist
eine Explosionsansicht eines konischen rohrförmigen Rohlings und eines konischen Verstärkungselements;
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die 8 bis 10 sind
perspektivische Ansichten hydrogeformter Elemente, die aus rohrförmigen Rohlingen
geformt sind, die mit Verstärkungselementen
verschiedener Größe verstärkt und
vor dem Hydroformen gebogen wurden;
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11 ist
eine teilweise Schnittansicht einer Hydroformungsform, in der ein
konisch geformter rohrförmiger
Rohling angeordnet ist;
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12 ist
eine Schnittansicht einer Hydroformungsform Druck beaufschlagtes
Fluid zu einer Komponente hydrogeformt wird, die an ihrem linken Ende
einen Durchmesser aufweist, der kleiner ist als der Durchmesser
an ihren rechten Ende; und
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13 ist
eine perspektivische Teilansicht einer Hybridrahmenanordnung, die
gemäß bevorzugten
Aspekten der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist.
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Genaue Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
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Ein
rohrförmiger
Metallrohling 10, der gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verstärkt
ist, ist in den 1 bis 3 gezeigt.
Der rohrförmige
Rohling 10 enthält
typischerweise ein Stück
Metallblech, das zu einem rohrförmigen
Element geformt ist, das eine Innenfläche 12, eine Außenfläche 14 und
eine Schweißnaht 16 definiert,
an der die gegenüberliegenden
Kanten des Metallblechs aneinander befestigt sind. Der Metallrohrrohling 10 ist
vorzugsweise aus Stahl gebildet, wobei der genaue Typ und die Dicke
des Stahls von der vorgesehenen Anwendung der hydrogeformten Komponente
abhängen.
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Gemäß dieser
Ausführungsform
ist ein Verstärkungselement 20 so
geformt, dass es teilweise rohrförmig
ist, mit einem offenen Querschnitt beim Bezugszeichen 26 gebildet
ist und eine Innenfläche 22 und
eine Außenfläche 24 definiert.
Das Verstärkungselement 20 weist
eine axiale Erstreckung auf, die der axialen Erstreckung entspricht,
in der der Rohling 10 verstärkt sein soll, und ist im wesentlichen koaxial
zu dem Rohling 10 angeordnet. Die Außenfläche 24 definiert vorzugsweise
einen Außendurchmesser
des Verstärkungselements 20,
der geringfügig
kleiner ist als ein Innendurchmesser, der durch die Innenfläche 12 des
rohrförmigen
Metallrohlings 10 definiert ist, so dass das Verstärkungselement 20 leicht
in den rohrförmigen
Metallrohling 10 eingesetzt werden kann, ohne dass ein
großer
Spalt zwischen der Außenfläche 24 und
der Innenfläche 12 vorhanden
ist.
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Das
Material des Verstärkungselements 20 ist
vorzugsweise das gleiche wie das Material des Rohlings 10.
Das Verstärkungselement 20 wird
in dem Metallrohrrohling 10 befestigt, indem das Verstärkungselement 20 in
den inneren Abschnitt des Metallrohrrohlings 10 eingeschoben
wird und indem anschließend
das Verstärkungselement 20 mit
einem Dehnungsdorn 28, der in das Verstärkungselement 20 eingesetzt
wird, ausgedehnt wird. Der Dehnungsdorn 28 kann einen herkömmlichen
Aufbau und eine herkömmliche
Funktionsweise aufweisen und kann mehrere radial ausdehnbare Abschnitte 30 enthalten (wobei
in 1 vier derartige Abschnitte gezeigt sind). Die
radial ausdehnbaren Abschnitte 30 des Dehnungsdorns 28 dehnen
das metallische Verstärkungselement 20 nach
außen
aus. Eine Ausdehnung des metallischen Verstärkungselements 20 durch den
Dorn 28 wird durch den offenen Querschnitt 26 erleichtert.
Das metallische Verstärkungselement 20 wird
ausgedehnt, bis seine Außenfläche 24 sich
in einem im wesentlichen ununterbrochenen Kontakt mit der Innenfläche 12 des
Metallrohrrohlings 10 befindet. Das metallische Verstärkungselement 20 und der
Metallrohrrohling 10 werden dann mittels eines Schweißgeräts 32 aneinander
befestigt, das vorzugsweise ein Laserschweißgerät ist, das ein Schweißen bei
einseitigem Zugang ausführen
kann, das von der Außenfläche 14 des
Metallrohrrohlings 10 angewendet wird, um das metallische
Verstärkungselement 20 mit
der Innenfläche 12 des
Metallrohrrohlings 10 zu verschmelzen. Das Verstärkungselement 20 kann
an einer und/oder an mehreren Kanten des Verstärkungselements 20 an
den Metallrohling 10 angeschweißt sein und/oder kann an Ecken
des Elements 20 durch Punktschweißen angebracht sein.
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Ein
alternatives Verfahren zum Bilden eines verstärkten rohrförmigen Metallrohlings ist in
den 4A und 4B gezeigt.
Ein ebenes Verstärkungsblech 20' wird an einer
Oberfläche 12' eines ebenen
Metallblechs 10' befestigt
und das Verbundblech-Laminat wird dann zu einer rohrförmigen Form geformt.
Das Verstärkungselement 20' wird vorzugsweise
an dem Metallrohling 10' an
einer oder an mehreren Kanten (vorzugsweise an wenigstens zwei gegenüberliegenden
Kanten) des Verstärkungselements 20' angeschweißt oder
es kann an Ecken des Elements 20' durch Punktschweißen angebracht werden.
Es ist außerdem
vorgesehen, dass das Verstärkungselement
an allen seinen Kanten in Umfangsrichtung angeschweißt wird.
Ein Anschweißen an
beliebigen derartigen Stellen des Verstärkungselements ist bei allen
hier offenbarten Ausführungsformen
vorgesehen. Das Verstärkungselement 20' kann rechtwinklig
sein, wie in den Figuren gezeigt ist, oder es kann eine andere Form
aufweisen (z.B. kreisförmig,
oval, trapezförmig,
Form eines verschobenen Parallelogramms). Das Verbundblech kann
gewalzt werden, so dass sich die Oberfläche 12' und das Verstärkungselement 20' an der Innenseite
des gebildeten Rohrrohlings befinden, wie in 4B gezeigt
ist, oder das Verbundblech kann in einer entgegengesetzten Orientierung
gewalzt werden, wobei sich die Oberfläche 12' und das Element 20' an der Außenseite
des gebildeten rohrförmigen
Elements befinden.
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Der
hydrogeformte Metallrohling 10 (oder 10'), der in der
voranstehend beschriebenen Weise durch das Verstärkungselement 20 (oder 20') verstärkt ist,
ist in den 5 und 6 gezeigt.
Der verstärkte
Metallrohrrohling 10 ist in einer Hydroformungsform 34 angeordnet,
die einen oberen Abschnitt 36 und einen unteren Abschnitt 38 umfasst, die
obere Formflächen 40 bzw.
untere Formflächen 42 enthalten,
die zusammen einen Formhohlraum 44 definieren. In einer
beispielhaften Ausführungsform kann
der Formhohlraum 44 einen sich nicht ausdehnenden (oder
sich geringfügig
ausdehnenden) Abschnitt 52 mit einem im wesentlichen konstanten Querschnitt
und einen sich ausdehnenden Abschnitt 46 enthalten, der
ein erstes Ende 48 mit einem Durchmesser, der im wesentlichen
gleich dem des sich nicht ausdehnenden Abschnitts 52 ist,
und ein zweites Ende 50 mit einem Durchmesser, der größer ist
als der des ersten Endes 48, aufweist. Die Hydroformungsformanordnung
ist gemäß dem US-Patent Nr. 5.979.201
hergestellt ist.
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Der
verstärkte
Metallrohrrohling 10 wird in dem Formhohlraum 44 angeordnet,
so dass das Verstärkungselement 20 an
einem Abschnitt angeordnet ist, in dem eine stärkere örtliche Festigkeit oder Steifigkeit
in der geformten Komponente erforderlich ist. Fluid 54 wird
dann unter Druck in den Metallrohrrohling 10 eingeleitet,
wodurch bewirkt wird, dass sich der Metallrohrrohling 10 und
das daran befestigte Verstärkungselement 20 ausdehnen
oder der Form der oberen Formflächen 40 und
der unteren Formflächen 42 entsprechen,
wie in 6 gezeigt ist. Das Ergebnis ist ein hydrogeformtes
Element 124 mit einem ausgedehnten Abschnitt 126,
der das daran befestigte Verstärkungselement 130 enthält, und
einem nicht ausgedehnten oder geringfügig ausgedehnten Abschnitt 128.
Das zusätzliche
Material, das durch das metallische Verstärkungselement 20 (oder 20') bereitgestellt
wird, das zu dem ausgedehnten Verstärkungselement 130 wird,
verstärkt
den ausgedehnten Abschnitt 126 des hydrogeformten Elements 124.
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Wie
in 7 gemäß einem
weiteren bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung gezeigt ist,
wird ein Metallrohling 56 anfänglich durch Walzen in eine
im wesentlichen konische Gestalt geformt, so dass es an einem Ende
im Vergleich zu seinem gegenüberliegenden
Ende eine größere Ausdehnung erfährt. Die
gegenüberliegenden
Enden des konischen Rohlings 56 können Durchmesser aufweisen, die
den endgültigen
Querabmessungen der Enden des hydrogeformten Teils enger entsprechen.
Deswegen ist der Betrag der örtlichen
Ausdehnung, die an dem größeren Ende
erforderlich ist, nicht übermäßig groß, wodurch
eine übermäßige Wandverdünnung in
dem Rohling während
der Ausdehnung vermieden wird. In einer bevorzugten Ausführungsform besitzt
das Ende mit größerem Durchmesser
des konischen Rohlings einen Durchmesser, der mehr als 10 % größer ist
als der Durchmesser an dem Ende mit dem kleineren Durchmesser des
Rohlings.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist der Rohling 56 aus Metallblech gebildet, das in eine konische
Form gewalzt ist und bei 62 nahtgeschweißt ist, wodurch eine Innenfläche 58 und
eine Außenfläche 60 definiert
sind.
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Gemäß einem
bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann das Ende mit
größerem Durchmesser
des konischen Rohrrohlings stumpf an einen zweiten Rohrrohling angeschweißt sein,
der ein Ende mit dem gleichen Durchmesser und die gleiche Konfiguration
des Endes mit größerem Durchmesser
des konischen Rohrrohlings aufweist. Der zweite Rohrrohling kann
selbst in eine konische Konfiguration gewalzt sein, wobei sein Ende
mit größerem Durchmesser
an das Ende mit größerem Durchmesser
des ersten Rohrrohlings stumpf angeschweißt und somit abgedichtet ist.
Die stumpf geschweißten
Rohrrohlinge können
dann als eine Einheit in der Hydroformungformpresse gemeinsam hydrogeformt
werden, während
die gegenüberliegenden
verhältnismäßig kleineren
Enden der geschweißten
Rohlinge durch hydraulische Stempel abgedichtet werden und der geschweißte Rohrrohkörper hydraulisch
ausgedehnt wird.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung wird der konische Rohrrohkörper zuerst
hydrogeformt und das Ende mit größerem Durchmesser des
restlichen Teils wird dann an ein zweites Rohrelement stumpf angeschweißt, das
ein Ende mit der gleichen allgemeinen Größe und Konfiguration wie das
Ende mit größerem Durchmesser
des hydrogeformten Teils besitzt. Bei dieser Anwendung kann das zweite
Rohrelement selbst wahlweise hydrogeformt sein, bevor es an das
erste Teil stumpf angeschweißt wird.
Es ist außerdem
vorgesehen, dass das zweite Rohrelement ein Teil ist, das ebenfalls
wie bei dem ersten Teil aus einem konischen Rohling hydrogeformt
wurde, wobei die resultierenden hydrogeformten Teile nach den Hydroformungsoperationen stumpf
aneinander geschweißt
werden.
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In
einer weiteren Ausführungsform
kann ein konisches metallisches Verstärkungselement 64 in Verbindung
mit einem konischen Metallrohrrohling 56, der hydrogeformt
werden soll, verwendet werden. Das konische Verstärkungselement 64 ist
durch Walzen aus einem Metallblech gebildet, wodurch eine Innenfläche 66,
eine Außenfläche 68 und
ein offener Querschnitt am Bezugszeichen 70 gebildet werden. Das
Profil des äußeren Durchmessers
des Verstärkungselements 64 ist
derart, dass das Verstärkungselement 64 in
den konischen Metallrohrrohling 56 passen kann. Nachdem
das konische metallische Verstärkungselement 64 in
den konischen Metallrohrrohling 56 eingesetzt wurde, kann
das Verstärkungselement 64 in
der oben beschriebenen Weise mittels eines herkömmlichen Dehnungsdorns ausgedehnt
werden, so dass die Außenfläche 68 des
Verstärkungselements 64 sich
in einem im wesentlichen gleichmäßigen Kontakt
mit einem Abschnitt der Innenfläche 58 des
konischen Rohlings 56 befindet. Das Verstärkungselement 64 wird
dann von der Außenseite
der Außenfläche 60 an
den konischen Rohling 56 angeschweißt.
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Als
eine Alternative zum Ausdehnen eines konischen Verstärkungselements
in einem konischen Rohling mittels eines Dorns kann das konische
Verstärkungselement
in den konischen Rohling eingesetzt werden, bis der sich verengende
Durchmesser des Rohlings bewirkt, dass das konische Verstärkungselement
in den Rohling gekeilt wird. Das konische Verstärkungselement kann dann in
dieser Position angeschweißt
werden. Das konische Verstärkungselement
und der konische Rohling sollten im Allgemeinen den gleichen Winkel
und im Allgemeinen die gleiche Querschnittsform besitzen, um einen richtigen
Kontakt zwischen der Außenfläche der
konischen Verstärkung
und der inneren Fläche
des konischen Rohlings sicherzustellen.
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Alternativ
kann ein ebenes Verstärkungselement
an ein ebenes Metallblech angeschweißt werden, wie in 4A gezeigt
ist und oben beschrieben wurde, und das Verbundblech kann zu einer
konischen Form gewalzt und nahtgeschweißt werden, um einen konischen
Rohling zu bilden.
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Verschiedene
Beispiele von verstärkten
hydrogeformten Elementen sind in den 8 bis 10 gezeigt.
Jedes der hydrogeformten Elemente 84, 86 und 88,
die in den 8, 9 bzw. 10 gezeigt
sind, ist aus einem verstärkten
rohrförmigen Metallrohling
hydrogeformt, der zylindrisch oder konisch sein kann und eine kreisförmige, eine
ovale oder eine andere anfängliche
Querschnittsform aufweisen kann. Die Größe der entsprechenden Verstärkungselemente 74, 80 und 82 und
somit der Grad der örtlichen
Verfestigung oder Versteifung nimmt von 8 bis 10 fortschreitend
ab. Das hydrogeformte Element 84, das in 8 gezeigt
ist, ist aus einem Rohling mit einem Verstärkungselement 74 geformt,
das im wesentlichen den inneren Umfang eines Abschnitts des Rohlings
abdeckt, wie etwa der ver stärkte
Rohling, der in 1 gezeigt ist. Das hydrogeformte
Element 86, das in 9 gezeigt
ist, ist dagegen aus einem Rohling mit einem Verstärkungselement 80 geformt,
das lediglich etwa die Hälfte
des inneren Umfangs des Rohlings abdeckt. Das hydrogeformte Element 88,
das in 10 gezeigt ist, ist aus einem
Rohling mit einem Verstärkungselement 82 geformt,
das an einer Innenfläche
des Rohlings angebracht ist und einen bestimmten Abschnitt des Rohlings
abdeckt, der kleiner als eine Hälfte
des inneren Umfangs ist. Die hydrogeformten Elemente 84, 86 und 88 sind
verstärkt,
damit sie die Anforderungen der örtlichen
Festigkeit erfüllen,
wobei die Größe und die
Form des Verstärkungselements
anhand der speziellen Anforderungen der örtlichen Festigkeit ausgewählt werden.
Die Verstärkungselemente 74, 80 und 82,
die in den 8, 9 bzw. 10 gezeigt
sind, besitzen eine rechtwinklige Form, das Verstärkungselement
kann jedoch wiederum in Abhängigkeit
von bestimmten Faktoren, wie etwa Festigkeits- und Gewichtsbetrachtungen,
jede beliebige Form haben. Die Verstärkungselemente 74, 80 und 82 haben
ferner ursprünglich
keine ebenen Oberflächen,
wie in den 8 bis 10 gezeigt
ist, sondern weisen eine gekrümmte
Form auf, die der gekrümmten
Oberfläche
des Rohlings vor dem Hydroformen entspricht.
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Eine
Hydroformungsform zum Ausdehnen eines rohrförmigen Metallrohlings zu einer
Komponente mit unterschiedlichen Querabmessungen an ihren entgegengesetzten
Enden ist in 11 gezeigt. Die Hydroformungsform 90 umfasst
einen oberen Abschnitt 92 mit einer oberen Formfläche 96 und einen
unteren Abschnitt 94 mit einer unteren Formfläche 98.
Wenn der obere Abschnitt 92 und der untere Abschnitt 94 zusammengefügt werden,
definieren die obere Formfläche 96 und
die untere Formfläche 98 einen
Formhohlraum 100. Der Formhohlraum 100 umfasst
einen nicht expandierenden Abschnitt 102, einen ersten
expandierenden Abschnitt 104, der so aufgebaut und angeordnet
ist, dass er einen ersten Abschnitt des konischen, durch Walzen
geformten Rohlings 110 bis zu einem ersten vorgegebenen
Umfang ausdehnt, und einen zwei ten expandierenden Abschnitt 106,
der so aufgebaut und beschaffen ist, dass er einen zweiten Abschnitt
des konischen, durch Walzen geformten Rohlings 110 bis
zu einem zweiten vorgegebenen Umfang ausdehnt, der größer als
der erste vorgegebene Umfang ist.
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Der
rohrförmige
Rohling 110 wird in dem Formhohlraum 100 angeordnet.
In der dargestellten Ausführungsform
ist der Rohling 110 ein konischer Metallrohling. Der Metallrohling
kann wahlweise durch ein Verstärkungselement 111 verstärkt sein, das
an eine Innenfläche 113 des
Rohlings angeschweißt
ist. Nachdem der Metallrohling 110 in dem Formhohlraum 100 angeordnet
wurde und der obere und der untere Abschnitt 92, 94 der
Form zusammengefügt
wurden, wird mit Druck beaufschlagtes Fluid 108 in den
Rohling eingeleitet, wodurch der Rohling 110 zu einem hydrogeformten
Element 114 ausgedehnt wird, das sich an die obere Formfläche 96 und die
untere Formfläche 98 anschmiegt,
wie in 12 gezeigt ist.
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Die
hier in Bezug auf die Rohrrohlinge verwendeten Ausdrücke "konisch" und "im wesentlichen konisch" sollen z. B. gegenseitige
Synonyme sein und eine Kegelstumpfform bezeichnen, die einem Fachmann
bekannt ist. Der Ausdruck "kegelstumpfförmig" (und somit die hier
verwendeten Ausdrücke "konisch" und "im wesentlichen konisch") bezeichnet allgemein
eine verkürzte
Kegelform im Unterschied zu einer vollständig konischen Konfiguration,
die in einem Punkt endet. Aus den Figuren kann erkannt werden, dass
die Rohrrohlinge 110 und 56 diese im wesentlichen
konische Form darstellen.
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Wie
aus 12 ersichtlich ist, besteht einer der Vorteile
des Hydroformungsprozesses darin, dass ein hydrogeformtes Teil oder
Element 114 geformt werden kann, das eine unregelmäßige Form mit
einem variierenden Querschnitt an unterschiedlichen Abschnitten über seine
longitudinale Erstreckung aufweist. Das wird erreicht durch das
Ausdehnen des Rohrrohlings an seinen unterschiedlichen Abschnitten
in unterschiedlichem Umfang und/oder zu unterschiedlichen Querschnittsformen.
Anders ausgedrückt,
das hydrogeformte Element 114 ist durch eine unregelmäßig nach
außen
verformte rohrförmige
Metallwand definiert, die in einer vorgegebenen unregelmäßigen Außenflächenkonfiguration festgelegt
ist, die den Oberflächen
des Formhohlraums entspricht.
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Eine
Hybridrahmenanordnung 112, die gemäß Aspekten der vorliegenden
Erfindung gebildet ist, ist in 13 gezeigt.
Die Hybridrahmenanordnung 112 umfasst das erste hydrogeformte
Element 114, wie etwa dasjenige, das oben in Verbindung
mit den 11 und 12 gezeigt
und beschrieben wurde. Ein zweites rechtwinklig geformtes hydrogeformtes
Element 116 ist am Bezugszeichen 120 an das erste
hydrogeformte Element 114 stumpf angeschweißt. Ein
drittes, unregelmäßig geformtes
hydrogeformtes Element 118 mit einer viel kleineren Querschnittsabmessung
als die zweite hydrogeformte Ausführungsform 116 ist
am Bezugszeichen 122 an das erste hydrogeformte Element 114 stumpf
angeschweißt.
Durch dieses Verfahren kann eine Hybrid-Metallkomponente, die Erstreckungen
mit unterschiedlichen Formen aufweist, aufgebaut werden, indem die
beiden oder mehreren Bauelemente, die unterschiedliche Erstreckungen
der Komponente definieren, separat durch Hydroformen gebildet werden, und
indem die Elemente stumpf aneinander geschweißt werden, um die Hybridkomponente
zu bilden. In 13 wirkt das erste hydrogeformte
Element 114 als ein Übergangselement,
das zwei rohrförmige
Elemente 116, 118 mit sehr unterschiedlichen Querschnittsabmessungen
(wobei ein Querschnitt größer als
der andere ist) verbindet. Die Hybridrahmenanordnung 112,
die in 13 gezeigt ist, ist lediglich
beispielhaft und kann Kombinationen von kreisförmigen, runden oder anders
geformten hydrogeformten Elementen in Verbindung mit hydrogeformten
Elementen, die aus einem konischen oder verstärkten rohrförmigen Metallrohling hergestellt sind,
enthalten.
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Bei
jeder der vorhergehenden Ausführungsformen
eines verstärkten
Rohrrohlings zum Hydroformen oder Biegen ist das Verstärkungselement
an einem inneren Abschnitt des Rohrrohlings angeordnet, wobei es
entweder in einen im Voraus geformten Rohrrohling eingesetzt wird
oder an einem ebenen Metallblech befestigt und anschließend zu
einem Rohrrohling gewalzt wird. Es liegt jedoch im vorgesehenen
Umfang der vorliegenden Erfindung, ein Verstärkungselement an einer Außenfläche eines
durch Hydroformen zu bearbeitenden Rohrrohlings anzuordnen und das
Verstärkungselement
vor dem Hydroformen des Rohrrohlings an der Außenfläche anzuschweißen. Wie
bei der Bereitstellung des Verstärkungselements
im Innenraum kann das Verstärkungselement
entweder an das Metallblech angeschweißt werden, bevor es durch Walzbearbeitung
in die Konfiguration des Rohrrohlings geformt wird, oder es kann
an die Außenfläche angeschweißt werden,
nachdem das Rohr bereits gebildet worden ist. Die Bereitstellung
einer angeschweißten
Verstärkung an
der Außenfläche ist
in geringerem Maße
bevorzugt als die Anordnung des Verstärkungselements in dem rohrförmigen Element,
da ein außen
angeordnetes Verstärkungselement
die ästhetische
Erscheinung des hydrogeformten Teils beeinträchtigen und zu größeren lokalen
Belastungen führen
kann. Dort, wo der verstärkte
Bereich für
eine Befestigungsverbindung an einer anderen Struktur (z.B. eine
Montage eines Türscharniers)
durchbohrt oder durchstochen werden muss, ist die strukturelle Festigkeit
einer solchen Verbindung besser, wenn sich das Verstärkungselement
an der Innenseite des Rohrs befindet, da ein Ziehen an der Befestigungsverbindung dazu
neigen würde,
den Oberflächenbereich
des Verstärkungselements
in das rohrförmige
Element zu drücken
im Unterschied zu einer Situation, bei der eine in dem rohrförmigen Element
angewendete Verformungskraft eine Trennung des Rohrs von dem Verstärkungselement
bewirken kann, wenn sich das Verstärkungselement außen befindet.
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Während die
Erfindung in Verbindung mit Ausführungsformen
beschrieben wurde, die gegenwärtig
als die prak tischsten und bevorzugtesten Ausführungsformen betrachtet werden,
sollte klar sein, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen
beschränkt
sein sollte, sondern dass im Gegenteil verschiedene Modifikationen
und gleichwertige Anordnungen abgedeckt werden sollen, die im Umfang
der beigefügten
Ansprüche
enthalten sind.