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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von strukturierten,
geschlossenen Hohlprofilen, bei welchem eine Platine in einem ersten
Umformschritt in einem ersten Umformwerkzeug mit einem sich in Längsrichtung
des herzustellenden Hohlprofils erstreckenden Stempel durch Ziehen
zu einem unteren Teil des Hohlprofils vorgeformt wird, wobei Flanschbereiche
der Platine entstehen, die von dem vorgeformten unteren Teil der
Platine abstehen und die vorgeformte Platine in einem zweiten Umformschritt
zu einem geschlossenen Hohlprofil durch Biegen umgeformt wird.
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Strukturierte
Hohlprofile weisen in der Regel funktionsbedingt veränderliche
Querschnitte oder Querschnittsformen in Längsrichtung auf, über welche
das Hohlprofil an den jeweiligen Anwendungsfall angepasst werden
kann. Beispielsweise ist über
veränderliche
Querschnittsformen und Querschnitte eine unterschiedliche Steifigkeit
der strukturierten Hohlprofile in Längsrichtung erzielbar. Ein
Verfahren zur Herstellung strukturierter Hohlprofile ist aus der Druckschrift
DE 10 2004 017 343
A1 bekannt, bei welchem die Platine in einem Gesenk mit
einem Stempel tiefgezogen wird, wobei der Stempel einen in Längsrichtung
veränderlichen
Querschnitt aufweist. Nach dem Tiefziehen werden die senkrecht vom
U-förmigen
Profil abstehenden Flansche abgetrennt und das offene U-förmige Hohlprofil
in einem Biegegesenk zu einem geschlossenen Hohlprofil gebogen.
Zwar ist vorgesehen, dass die Flanschbereiche im Falle eines offenen
Hohlprofils integraler Bestandteil des Hohlprofils sind, bei der
Herstellung eines geschlossenen Hohlprofils werden die Flansche jedoch
vollständig
entfernt. Damit verbunden ist ein Materialausschuss, welcher die
Herstellungskosten von strukturierten Hohlprofilen erhöht.
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Von
diesem Stand der Technik ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung
die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von strukturierten Hohlprofilen
zur Verfügung
zu stellen, welches den Materialausschuss und damit die Herstellkosten strukturierter,
geschlossener Hohlprofile weiter senkt.
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Die
oben hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe wird mit einem gattungsgemäßen Verfahren
dadurch gelöst,
die abstehenden Flanschbereiche der vorgeformten Platine während des
zweiten Umformschrittes zur Bildung des oberen Teils des strukturierten,
geschlossenen Hohlprofils zumindest teilweise umgeformt werden.
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Erfindungsgemäß werden
also die Flanschbereiche zur Herstellung des strukturierten, geschlossenen
Hohlprofils ebenso verwendet, so dass der Materialausschuss deutlich
gesenkt werden kann.
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Vorzugsweise
werden die zum oberen Teil des Hohlprofils umgeformten Flanschbereiche
nach dem zweiten Umformschritt zur Erhöhung der Steifigkeit des geschlossenen
Hohlprofils miteinander verschweißt.
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Gemäß einer
nächsten
Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Verfahrens
werden zumindest die durch Ziehleisten umgeformten Bereiche der Flanschbereiche
der vorgeformten Platine vor dem zweiten Umformschritt abgetrennt,
so dass die Flanschbereiche definierte für den zweiten Umformschritt
angepasste Abmessungen aufweisen.
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Vorzugsweise
beträgt
der Winkel zwischen den von der vorgeformten Platine abstehenden Flanschbereichen
weniger als 180 °.
Diese Anordnung der Flanschbereiche ermöglicht es auf einfache Weise
im zweiten Umformschritt die Flanschbereiche mit den zum Umformen
vorgesehenen Mitteln zu erfassen. Darüber hinaus weisen die umgeformten Flanschbereiche
ein verbessertes Restumformvermögen
auf, welches einerseits höhere
Umformgrade im zweiten Umformschritt ermöglicht und andererseits die
Prozesssicherheit im zweiten Umformschritt positiv beeinflusst.
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Erfolgt
das Beschneiden der Flanschbereiche in einem Arbeitsschritt mit
dem Vorverformen der Platine im ersten Umformwerkzeug, kann das
erfindungsgemäße Verfahren
weiter rationalisiert und die Kosten zur Herstellung strukturierter,
geschlossener Hohlprofile weiter gesenkt werden. Alternativ ist
es auch möglich,
die Flanschbereiche unmittelbar vor dem zweiten Umformschritt im
zweiten Umformwerkzeug zu beschneiden.
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Zusätzliche
Arbeitsschritte zur Herstellung eines strukturierten, geschlossenen
Hohlprofils können
gemäß einer
nächsten
weitergebildeten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
dadurch eingespart werden, dass im ersten Umformwerkzeug zusätzlich die
Stirnseiten der vorgeformten Platine beschnitten und/oder zusätzliche
Lochungen und/oder Anformungen durchgeführt werden.
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Vorzugsweise
wird im zweiten Umformschritt in einem zweiten Umformwerkzeug der
vorgeformte untere Teil des Hohlprofils unter Verwendung eines Formkerns
ausgeformt und die Flanschbereiche unter Verwendung von Seitenwangen-Gesenkhälften zum
oberen Teil des Hohlprofils umgeformt, so dass die beiden Flanschbereiche
sich stoßförmig gegenüberliegen.
Die Verwendung von Seitenwangen-Gesenkhälften ermöglicht die
Verwendung der Einrolltechnik zur Herstellung des Hohlprofils. Der
Formkern, welcher in den ersten vorgeformten unteren Teil des Hohlprofils
eingelegt und mit diesem ausgeformt wird, ermöglicht, dass das erste Umformwerkzeug
relativ einfach ausgestaltet werden kann, da nur eine Vorverformung
erzielt werden soll. Die restliche Verformung des unteren Teils
des strukturierten, geschlossenen Hohlprofils wird dann beim Ausformen durch
den Formkern erzielt. Die sich stoßförmig gegenüberliegenden Flanschbereiche
ermöglichen
es, das entstandene geschlossene Hohlprofil auf einfache Weise zu
verschweißen.
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Alternativ
kann mit den Seitenwangen-Gesenkhälften auch lediglich eine Vorverformung
der Flanschbereiche erzielt werden, so dass diese eine leicht geschlossene
Position einnehmen und eine Ausformung der Flanschbereiche zum oberen
Teil eines Hohlprofils über
eine weitere Gesenkhälfte,
welche die endgültige
Form des geschlossenen Hohlprofils aufweist, erfolgt.
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Die
Prozesssicherheit beim Verschweißen des Hohlprofils in Längsrichtung
kann dadurch weiter verbessert werden, dass der Formkern ein in
Längsrichtung
des Hohlprofils verlaufendes Schwert aufweist, welches beim Ausformen
und Kalibrieren des Hohlprofils den Abstand der stoßförmig angeordneten
Flanschbereiche definiert.
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Vorzugsweise
erfolgt nach dem Ziehen des Schwertes eine weitere Kalibrierung,
um mögliche Rückfederungsmomente
des geschlossenen Hohlprofils zu korrigieren und eine noch genauere
Position der stoßförmig gegenüberliegenden
Flanschbereiche zu erzielen.
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Schließlich kann
die Maßhaltigkeit
des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellten, strukturierten, geschlossenen Hohlprofils dadurch verbessert
werden, dass nach dem Entfernen des Formkerns das Hohlprofil kalibriert
wird und anschließend,
insbesondere im zweiten Umformwerkzeug, verschweißt wird.
Eine Kalibrierung des Hohlprofils kann beispielsweise nach dem Entfernen
des Formkerns dadurch erreicht werden, dass die Seitenwangen-Gesenkhälften erneut
in die Schließposition
gefahren werden, um beispielsweise durch das Entfernen des Formkerns
erzeugte Deformierungen des Hohlprofils rückgängig zu machen. Das Verschweißen im zweiten
Umformwerkzeug gewährleistet
zusätzlich,
dass die Anzahl der Arbeitsschritte zur Herstellung des geschlossenen
Hohlprofils minimal bleibt.
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Es
gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten das
erfindungsgemäße Verfahren
auszubilden und weiterzugestalten. Hierzu wird verwiesen einerseits auf
die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche, andererseits
auf die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Verfahrens
in Verbindung mit der Zeichnung. Die Zeichnung zeigt in schematischen
Schnittansichten quer zur Längsachse
des herzustellenden Hohlprofils in
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1a) ein erstes Umformwerkzeug zur Durchführung der
Vorverformung gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Verfahrens,
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1b) ein zweites Umformwerkzeug zur Durchführung des
ersten Umformschritts gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Verfahrens,
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2a) ein Umformwerkzeug zur Durchführung des
zweiten Umformschritts gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Verfahrens
mit geöffneten
Gesenkformhälften,
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2b) das Umformwerkzeug aus 2a) mit
geschlossenen Gesenkformhälften
während
des Kalibrierens,
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2c) das Umformwerkzeug aus 2a) während des
Verschweißens
des Hohlprofils
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3a)-c) ein Umformwerkzeug zur Durchführung des
zweiten Umformschritts gemäß einem vierten
Ausführungsbeispiels
während
des zweiten Umformschritts.
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Die 1a) und 1b) zeigen
Umformwerkzeuge 1, 2 in schematischen Schnittansichten
quer zur Längsrichtung
des herzustellenden Hohlprofils 8, welche zur Durchführung des
ersten Umformschritts zweier verschiedener Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens
geeignet sind. Beide Umformwerkzeuge 1, 2 weisen
eine Matrize 3 auf, welche vorzugsweise aus entlang der Längsrichtung des
herzustellenden Hohlprofils in quer zur Längsrichtung bewegbare Matrizenhälften 3a, 3b aufgebaut
ist. Zwar sind die Matrizen der in den 1a) und 1b) dargestellten Umformwerkzeuge identisch aufgebaut,
die Stempel 4, 5 sowie die Platinenhalter 6, 7 sind
jedoch unterschiedlich.
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Bei
dem in 1a) dargestellten Umformwerkzeug 1 dient
der Stempel 5 lediglich zum Tiefziehen der Platine 8 in
den Formhohlraum 9 der Matrize. Zunächst wird der Stempel 4 zusammen
mit dem Platinenhalter 6 bei eingelegter Platine 8 soweit
abgesenkt, dass über
am Platinenhalter vorgesehene Ziehleisten 10, 11 die
Platine 8 geklemmt wird. Anschließend kann der Formstempel 4,
welcher vorzugsweise in Längsrichtung
unterschiedliche Querschnitte aufweist, in den dafür vorgesehenen
Formhohlraum 9 der Matrize 3 eintauchen und den
unteren Teil des Hohlprofils ziehen. Wird der Platinenhalter 6 nach
dem Tiefziehvorgang weiter abgesenkt, schneiden die dafür vorgesehenen
Ziehleisten 10, 11 durch Eintauchen in die Ausnehmungen 18, 19 der Matrize 3 den
aufgrund der Klemmwirkung verformten Bereich der Platine 8 im
gleichen Arbeitsschritt ab. Selbstverständlich ist jedoch auch denkbar,
das Beschneiden der Flanschbereiche der Platine in einem anderen
Werkzeug, vorzugsweise im zweiten Umformwerkzeug unmittelbar vor
dem zweiten Umformschritt durchzuführen. Große Teile des Flanschbereiches,
insbesondere die auf den Flächen 12, 13 aufliegenden
Bereiche der Platine 8 können dann erfindungsgemäß in einem
zweiten Umformschritt zur Bildung des oberen Teils des geschlossenen,
strukturierten Hohlprofils verwendet werden.
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Demgegenüber ist
in dem Umformwerkzeug 2 aus 1b) der
Stempel 5 so aufgebaut, dass dieser zusätzliche Schneidkanten 14, 15 aufweist.
Der Platinenhalter 7 eilt den Schneidkanten 14, 15 des Stempels 5 voraus,
so dass dieser die Platine während
des Tiefziehvorgangs auf den dafür
vorgesehenen Bereichen 16, 17 klemmt. Der Stempel 5 kann dann
die Platine 8 in den Formhohlraum 9 ziehen. Am
Ende des Ziehvorgangs tauchen die Schneidkanten 14, 15 in
die dafür
vorgesehenen Ausnehmungen 18, 19 der Matrize 3 ein
und beschneiden während des
Vorverformens erfindungsgemäß die Flanschbereiche
der vorgeformten Platine 8. Beim Ausformen wird der Stempel 5 sowie
der Platinenhalter 7 lediglich zurückgezogen und die Matrizenhälften 3a, 3b quer
zur Längsrichtung
des Hohlprofils auseinander bewegt, so dass die vorgeformte Platine 8 entnommen
werden kann.
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In 2a) ist die vorgeformte Platine 8 in
die Matrize 20 eines Umformwerkzeuges 21 mit Seitenwangen-Gesenkhälften 22, 23 eingelegt.
Die Platine 8 weist nach dem ersten Umformschritt einen
tiefgezogenen Bereich 8a auf, welcher an die Matrize des Umformwerkzeuges 21 angepasst
ist und in diese eingelegt werden kann. Nachdem die Platine 8 in
das Umformwerkzeug 21 eingelegt worden ist, wird ein Formkern 24 in
die Matrize 20 eingebracht. Der Formkern 24 kann
in Längsrichtung
des herzustellenden Hohlprofils ebenfalls unterschiedliche Querschnittsformen
aufweisen. Der Formkern 24 dient dazu, den im ersten Umformschritt
lediglich vorgeformten unteren Teil des Hohlprofils 8a auf
die Endform des Hohlprofils auszuformen. Vorzugsweise beträgt der Winkel
zwischen den vom Hohlprofil abstehenden Flanschbereichen 8b weniger
als 180 °,
so dass die Flanschbereiche 8b leicht durch die Seitenwangen-Gesenkhälften 22, 23 erfasst
und umgeformt werden können.
Darüber
hinaus weist der Formkern 24 ein Schwert 25 auf,
welches sich parallel zur Längsrichtung
des Hohlprofils erstreckt.
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Wie
aus der 2b) zu erkennen ist, dient das
Schwert 25 des Formkerns 24 dazu, bei geschlossenen
Seitenwangen-Gesenkformhälften 22, 23 einen
definierten Abstand der stoßförmig gegenüberliegenden
Flanschbereiche 8b über
die Länge des
herzustellenden Hohlprofils zu erreichen. In diesem Zustand findet
das Ausformen und Kalibrieren, d.h. das Ausbilden der endgültigen Form
des Hohlprofils mittels des Formkerns 24 und der Seitenwangen-Gesenkhälften 22, 23 statt.
Wird der Formkern, wie in 2c dargestellt,
entfernt, wird das Hohlprofil 8 vorzugsweise erneut durch
Schließen
der Seitenwangen-Gesenkhälften 22, 23 kalibriert,
um eventuell durch das Entfernen des Formkerns eingebrachte Deformationen
zu beseitigen. Eine Kalibrierung des Hohlprofils 8 findet
daher vorzugsweise sowohl bei vorhandenem Formkern 24 als
auch bei entferntem Formkern 24 statt. Anschließend kann
das strukturierte, geschlossene Hohlprofil am Kantenstoß 26 mit Mitteln
zum Schweißen 27 verschweißt werden.
Hierdurch wird die Steifigkeit bzw. Festigkeit des strukturierten,
geschlossenen Hohlprofils nochmals gesteigert.
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Alternativ
zu dem in den 2a) bis 2c) dargestellten
Ausführungsbeispiel
kann beim zweiten Umformschritt, wie die 3a) bis
c) zeigen, zunächst
mit den Seitenwangen-Gesenkhälften 22, 23 eine
Vorverformung in die Flanschbereiche 8b der Platine eingebracht
werden, so dass diese beispielsweise eine leicht geschlossene Position
einnehmen und die Kanten der Flanschbereiche 8b leicht
zueinander geneigt sind, wie in 3b) zu
erkennen ist. Gemäß 3a) erfolgt anschließend das Ausformen über eine
weitere Gesenkhälfte 27,
welche eine Matrize 28 aufweist, die zusammen mit der unteren
Matrize 20 die endgültige
Form des geschlossenen Hohlprofils bestimmt. Vorzugsweise weist
die obere Gesenkhälfte 27 eine
axial verlaufende Ausnehmung 29 zur Aufnahme des Schwertes 25 auf.
Ein Vorteil des alternativen Verfahrens liegt darin, dass für das Ausformen
des geschlossenen Hohlprofils die Anzahl der bewegten Teil reduziert
wird und damit die Genauigkeit des Ausformens erhöht werden
kann.