WO2007138074A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung strukturierter, geschlossener hohlprofile - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines strukturierten, geschlossenen Hohlprofils aus Metall sowie eine Vorrichtung zur Herstellung mit mindestens einer Tiefziehpresse (1), mindestens einem Formdruckgesenk (12), Formbacken (19, 20) und Mitteln zum Verschweißen (21) von Kanten (15, 16) des Hohlprofils mit nur lediglich einer Schweißnaht. Erfindungsgemäß wird eine Platine (5) in mindestens einem Ziehgesenk (1) gezogen wird, so dass die Platine mindestens zwei über mindestens einen Verbindungsbereich (6) der Platine miteinander verbundene, axial verlaufende, tiefgezogene Bereiche (7, 8) aufweist und der mindestens eine Verbindungsbereich geradlinig in axialer Richtung des herzustellenden Hohlprofils über die gesamte Länge der Platine verläuft, der mindestens eine Verbindungsbereich in einem Umformgesenk (12) über seine gesamte Länge in Richtung der tiefgezogenen Vertiefungen der Platine gedrückt wird und anschließend die mindestens zwei tiefgezogenen Bereiche gegenläufig hochgebogen werden, so dass die im Wesentlichen axial verlaufenden Kanten einen I-Stoß oder Überlappstoß bilden und die Kanten der gebogenen Platine anschließend verschweißt werden.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung strukturierter, geschlossener Hohlprofile

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines strukturierten, geschlossenen Hohlprofils aus Metall, insbesondere Stahl oder einer Stahllegierung, ein strukturiertes, geschlossenes Hohlprofil sowie eine Vorrichtung zur Herstellung strukturierter, geschlossener Hohlprofile mit mindestens einer TiefZiehpresse, mindestens einem Formdruckgesenk, Formbacken und Mitteln zum Verschweißen von Stoßkanten des Hohlprofils.

Zunehmend werden in Kraftfahrzeugen geschlossene Hohlprofile eingesetzt, welche speziell an den Anwendungsfall angepasste Querschnitte und Materialdicken aufweisen. Diese strukturierten, geschlossenen Hohlprofile werden üblicherweise dadurch hergestellt, dass zunächst aus einer Platine ein Rohr geformt und längsnahtgeschweißt wird. Das Rohr wird Vorverformungen unterzogen und anschließend in einem Hydroumformverfahren in die endgültige Form des geschlossenen Hohlprofils gebracht. Mit dem bisher bekannten Verfahren sind allerdings nicht alle Bauteile herstellbar, da beim Hydroumformen, insbesondere bei komplex strukturierten Hohlprofilen, lokale Dehnungen des Materials überschritten werden und es zur Rissbildung kommen kann. Zusätzlich kann es zu einer nicht beherrschbaren Faltenbildung während des Hydroumformens kommen. Darüber hinaus sind die bisher verwendeten Verfahrensschritte zur Herstellung eines anwendungsangepassten, geschlossenen Hohlprofils sehr aufwändig und damit kostenintensiv. Zwar kann prinzipiell ein geschlossenes Hohlprofil auch aus zwei tiefgezogenen Halbschalen hergestellt werden, so dass in Bezug auf die Gestaltung der tiefgezogenen Halbschalen eine sehr hohe Flexibilität hinsichtlich der Formgebung gegeben ist. Allerdings weisen derartig hergestellte strukturierte, geschlossene Hohlprofile zwei Schweißnähte auf, welche nicht nur zusätzliche Arbeitsschritte benötigen, sondern auch mechanische Schwachstellen des geschlossenen Hohlprofils darstellen. Ein Verfahren zur Herstellung eines querschnittveränderlichen Hohlprofils, bei welchem das fertige Hohlprofil lediglich eine einzige axiale Schweißnaht aufweist, ist, neben dem Hydroumformen eines längsnahtgeschweißten Rohres, das aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 198 27 798 bekannte Einrollverfahren, bei welchem eine Platine im Ringspalt zwischen zwei Gesenk- und Dornhälften eingerollt und der gebildete Kantenstoß miteinander verschweißt wird. Neben den relativ hohen Werkzeugkosten aufgrund der Verwendung von geteilten Dornen ist auch die Formgebung der Platine, insbesondere in Bezug auf abrupte Querschnittsänderungen, beschränkt, da ansonsten das Einrollverfahren nicht prozesssicher durchgeführt werden kann. Beim Rollforming und auch beim Kantenbiegen werden vorgeformte Bänder oder Platinen entlang einer linearen Kante gebogen. Ein entsprechendes Verfahren zur Herstellung einschaliger Instrumententafelträger ist aus der europäischen Patentanmeldung EP 1 544 086 Al bekannt. Mit diesem Verfahren können jedoch nur Hohlprofile mit einfachen geometrischen Querschnittsformen hergestellt werden.

Aus der veröffentlichten internationalen Patentanmeldung WO 2006/042032 ist darüber hinaus ein Verfahren zur Herstellung eines strukturierten, geschlossenen Hohlprofils für Kraftfahrzeuge bekannt, bei welchem durch Gesenkbiegen Seitenwände in eine ebene Platine eingebracht werden und das so entstandene halbschalenförmige Blechteil durch Biegen um axial verlaufende Biegekanten zu einem geschlossenen Hohlprofil gebogen und anschließend verschweißt wird. Nachteilig bei dem bekannten Verfahren ist aber, dass aufgrund des Einbringens der Seitenwände in die Platine der Freiheitsgrad zur Strukturierung des Hohlprofils beschränkt ist. So können mit dem bekannten Verfahren lediglich Hohlprofile mit einem im Wesentlichen viereckigen Querschnitt hergestellt werden.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines strukturierten, geschlossenen Hohlprofils zur Verfügung zu stellen, mit welchem ein geschlossenes Hohlprofil mit nur lediglich einer Schweißnaht hergestellt werden kann und gleichzeitig eine hohe Flexibilität hinsichtlich der Formgebung des geschlossenen, strukturierten Hohlprofils ermöglicht wird. Darüber hinaus liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine entsprechende Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sowie entsprechend hergestellte geschlossene, strukturierte Hohlprofile sowie eine vorteilhafte Verwendung der hergestellten Hohlprofile vorzuschlagen.

Gemäß einer ersten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die oben aufgezeigte Aufgabe für ein Verfahren dadurch gelöst, dass eine Platine in mindestens einem Ziehgesenk gezogen wird, so dass die Platine mindestens zwei über mindestens einen Verbindungsbereich miteinander verbundene, axial verlaufende, tiefgezogene Bereiche aufweist und der mindestens eine Verbindungsbereich geradlinig in axialer Richtung des herzustellenden Hohlprofils über die gesamte Lange der Platine verlauft, der mindestens eine geradlinige Verbindungsbereich in einem Umformwerkzeug über seine gesamte Lange in Richtung der tiefgezogenen Vertiefungen der Platine gedruckt wird und anschließend die mindestens zwei tiefgezogenen Bereiche der Platine gegenläufig hochgebogen werden, so dass die im Wesentlichen axial verlaufenden Kanten der Platine einen I-Stoß oder einen Uberlappstoß bilden und die Kanten der gebogenen Platine anschließend verschweißt werden .

Das erfindungsgemaße Verfahren, welches die Fertigungsschritte Tiefziehen einer Platine, Umformen der tiefgezogenen Platine und Verschweißen der umgeformten, tiefgezogenen Platine umfasst, ist nicht nur wesentlich flexibler hinsichtlich der Formgebung des strukturierten, geschlossenen Hohlprofils im Vergleich zu dem konventionellen Hydroumformen . Es ermöglicht darüber hinaus die Herstellung eines geschlossenen Hohlprofils mit lediglich einer axialen Schweißnaht unter Verwendung von konventionellen Vorrichtungen, beispielsweise von TiefZiehpressen und Gesenkbiegepressen, woraus die besonders hohe Wirtschaftlichkeit des erfindungsgemaßen Verfahrens zur Herstellung von strukturierten, geschlossenen Hohlprofilen resultiert. Die Konstruktion der strukturierten, geschlossenen Hohlprofile unter Berücksichtigung des erfindungsgemaßen Herstellverfahren ist lediglich insofern beschrankt, als dass das fertige strukturierte, geschlossene Hohlprofil mindestens einen gradlinig in axialer Richtung über die gesamte Lange des Hohlprofils verlaufenden Bereich aufweist, welcher als Verbindungsbereich für die tiefgezogenen Bereiche der Platine dienen kann und um welchen die tiefgezogenen Bereiche gegenläufig hochgebogen bzw. geklappt werden können .

Wird, gemäß einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, ein Ziehstempel mit einem W-förmigen Querschnittsprofil verwendet, so können in einem Arbeitsschritt in die Platine zwei über einen nicht tiefgezogenen Verbindungsbereich verbundene tiefgezogene Bereiche eingebracht werden, welche nach dem Umformen und Verschweißen der tiefgezogenen Platine zum geschlossenen Hohlprofil die halbschalenförmigen Teile des geschlossenen Hohlprofils bilden. Der Ziehstempel ist bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders einfach ausgestaltet.

Vorzugsweise werden die nach dem Ziehvorgang an den tiefgezogenen Bereichen der Platine entstandenen Flanschbereiche beschnitten und optional weitere mechanische Bearbeitungsschritte vor dem Umformen der tiefgezogenen Platine zu einem geschlossenen Hohlprofil durchgeführt. Auf einfache Weise können so vor dem Umformen und Verschweißen der Platine zum geschlossenen Hohlprofil nahezu alle notwendigen Anformungen oder Ausnehmungen eingebracht werden, die für den späteren Einsatz des Hohlprofils notwendig sind. Nach dem Schließen und Verschweißen der tiefgezogenen Platine zu einem geschlossenen Hohlprofil kann dann ein einbaufertiges Bauteil zur Verfügung gestellt werden.

Gemäß einer nächsten weitergebildeten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden vor und/oder nach dem Beschneiden der Flanschbereiche durch Anstauchoperationen die Rückfederungskräfte in der tiefgezogenen Platine reduziert, so dass die Positioniergenauigkeit der bevorzugt auf Stoß gegenüberliegend angeordneten, im Wesentlichen axialen Kanten des geschlossenen Hohlprofils vor dem Verschweißen verbessert wird. Ebenso wird die Positioniergenauigkeit der im Uberlappstoß angeordneten Kanten verbessert.

Die Verbindungsbereiche, welche die tiefgezogenen Bereiche miteinander verbinden und axial geradlinig über die gesamte Lange des Hohlprofils verlaufen, können, gemäß einer nächsten weitergebildeten Ausfuhrungsform des erfindungsgemaßen Verfahrens, dadurch ein Teil der Kontur des herzustellenden Hohlprofils werden, dass das Umformen der tiefgezogenen Platine zu einem geschlossenen Hohlprofil in einem Formgesenk erfolgt, wobei mindestens ein Formdruckstempel zum Absenken mindestens eines Verbindungsbereiches der Platine verwendet wird und der Formdruckstempel in Verbindung mit einer einfahrbaren Matrize des Formdruckgesenks den Verbindungsbereich der Platine entsprechend der Kontur des herzustellenden geschlossenen Hohlprofils in diesem Bereich ausformt. Bei der Konstruktion von geschlossenen Hohlprofilen, welche nach dem erfindungsgemaßen Verfahren hergestellt werden sollen, kann damit auch der Verbindungsbereich, welcher als eine Art Biegekante für das Umformen der tiefgezogenen Platine zu einem geschlossenen Hohlprofil dient, mit einer Kontur versehen werden.

Vorzugsweise wird die Platine vor dem Tiefziehen vorgeformt und/oder beschnitten. Durch diese Maßnahme kann das Tiefziehen auf die Ausformung der gewünschten Struktur des strukturierten, geschlossenen Hohlprofils beschrankt werden, so dass größere Umformgrade erzielt werden können. Das Ziehgesenk kann in diesem Fall zudem einfacher ausgestaltet werden. Gemäß einer nächsten vorteilhaften Ausfuhrungsform des erfindungsgemaßen Verfahrens wird das Verschweißen des Hohlprofils in einer Schweißvorrichtung durchgeführt, in welcher die im Wesentlichen axial verlaufenden Kanten der umgeformten Platine zur Bildung des I-Stoßes zusatzlich zusammengedruckt oder zur Bildung eines Uberlappstoßes zusatzlich aufeinander gedruckt werden. Hierdurch wird eventuell vorhandenen Ruckstellkrafte entgegengewirkt und die Positioniergenauigkeit der zu verschweißenden Kanten des Hohlprofils verbessert. Aufgrund der hohen Positioniergenauigkeit wird vorzugsweise das Hohlprofil unter Verwendung von Laserschweißverfahren verschweißt. Denkbar ist aber auch die Anwendung von konventionellen Schweißverfahren .

Besonders einfach kann ein strukturiertes, geschlossenes Hohlprofil mit dem erfindungsgemaßen Verfahren dadurch hergestellt werden, dass mindestens ein Verbindungsbereich entlang einer Symmetrieachse des Hohlprofils verlauft. Alle mechanischen Bearbeitungen, welche erfindungsgemaß vorgesehen sind, beispielsweise Tiefziehen, Beschnitt und Anstauchoperationen, können hierdurch symmetrisch auf beiden Seiten des Verbindungsbereiches durchgeführt werden, so dass die auf die Platine bei der mechanischen Bearbeitung einwirkenden Kräfte besonders einfach beherrschbar sind.

Vorzugsweise wird ein Verbindungsbereich mit geringerer Breite, insbesondere mit einer Breite von maximal 20 mm, bevorzugt mit einer Breite von maximal 10 mm, verwendet. Dadurch wird ein maximaler Freiheitsgrad bei der Herstellung von strukturierten, geschlossenen Hohlprofilen erzielt, ohne wesentliche Einschränkungen durch die erforderlichen Maßnahmen zur Durchfuhrung des erfindungsgemaßen Verfahrens hinnehmen zu müssen.

Gemäß einer zweiten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die oben aufgezeigte Aufgabe durch ein strukturiertes, geschlossenes Hohlprofil aus Metall dadurch gelost, dass das geschlossene Hohlprofil mindestens zwei über mindestens einen axial geradlinig über die gesamte Lange des Hohlprofils verlaufenden Verbindungsbereich verbundene tiefgezogene Bereiche einer Platine aufweist, wobei der Verbindungsbereich und die tiefgezogenen Bereiche so umgeformt sind, dass die im Wesentlichen axial verlaufenden Kanten der tiefgezogenen Platine über einen I-Stoß oder einen Uberlappstoß verschweißt die im Wesentlichen axial verlaufende Schweißnaht bilden.

Das erfindungsgemaße Hohlprofil lasst sich, wie bereits ausgeführt, nicht nur auf besonders wirtschaftliche Art und Weise herstellen, sondern weist gegenüber den mit den bisherigen Verfahren hergestellten strukturierten, geschlossenen Hohlprofilen auch mechanische Vorteile auf. So umfasst das erfindungsgemaße Hohlprofil lediglich eine einzige im Wesentlichen axiale Schweißnaht, welche erst nach dem gesamten Umformen der Platine erzeugt wird. Bei den durch ein Hydroumformen hergestellten geschlossenen und strukturierten Hohlprofilen wird die einzige axiale Schweißnaht beim Hydroumformen jedoch mechanischen Belastungen unterzogen, welche prinzipiell die Festigkeit dieser Schweißnaht verringert. Dem gegenüber weist das erfindungsgemaße strukturierte, geschlossene Hohlprofil eine im Wesentlichen nicht gestresste Schweißnaht auf.

Die Verwendung eines W-formigen Ziehstempels bei der Herstellung des Hohlprofils wird gemäß einer einfachen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen strukturierten, geschlossenen Hohlprofils dadurch ermöglicht, dass das geschlossene Hohlprofil zwei halbschalenförmige, tiefgezogene Bereiche aufweist.

Vorzugsweise ist das erfindungsgemäße Hohlprofil ein „modular Tube", welches in axialer Richtung einen veränderlichen Querschnitt aufweist.

Gemäß einer nächsten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Hohlprofils weisen die tiefgezogenen Bereiche der Platine zusätzliche Anformungen und/oder Ausnehmungen auf. Da die Ausnehmungen und/oder Anformungen im Gegensatz zu hydroumgeformten strukturierten, geschlossenen Hohlprofilen vor dem Verschweißen, beispielsweise vor dem Tiefziehen in die ebene Platine oder während des Tiefziehens, in die tiefgezogenen Bereiche der Platine eingebracht werden können, ist der apparative Aufwand zur Herstellung entsprechender Ausnehmungen und/oder Anformungen aufweisende geschlossene Hohlprofile gering.

Einen maximalen Freiheitsgrad zur Strukturierung können die erfindungsgemäßen strukturierten, geschlossenen Hohlprofile dadurch aufweisen, dass das geschlossene Hohlprofil nur einen axial geradlinig verlaufenden Verbindungsbereich aufweist.

Vorzugsweise weisen die Verbindungsbereiche eine geringe Breite, insbesondere maximal 20 mm, bevorzugt maximal 10 mm, auf. Hierdurch wird, wie bereits ausgeführt, die Beschränkung der Gestaltungsfreiheit für das erfindungsgemäße Hohlprofil auf ein Minimum begrenzt. Darüber hinaus wird die oben aufgezeigte Aufgabe gemäß einer dritten Lehre der vorliegenden Erfindung durch die Verwendung eines erfindungsgemäßen strukturierten, geschlossenen Hohlprofils im Kraftfahrzeugbau gelöst, da insbesondere im Kraftfahrzeugbau besonders stark strukturierte, geschlossene Hohlprofile Verwendung finden. Häufig sind die Hohlprofile an den vorhandenen Einbauraum angepasst und weisen daher eine über die Länge stark veränderliche Querschnittsform auf. Zudem weisen diese Hohlprofile zumeist eine Vielzahl von Ausnehmungen und Anformungen auf, um möglichst gleichzeitig verschiedene Funktionen durch das Hohlprofil zu erfüllen. Die Anforderungen an ein Hohlprofil im Kraftfahrzeugbau können daher, wie oben beschrieben, mit den erfindungsgemäß hergestellten Hohlprofilen auf besonders wirtschaftliche Weise erfüllt werden.

Schließlich wird die oben aufgezeigte Aufgabe gemäß einer vierten Lehre der vorliegenden Erfindung durch eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung strukturierter, geschlossener Hohlprofile dadurch gelöst, dass ein Ziehstempel in der TiefZiehpresse vorgesehen ist, wobei der Ziehstempel ein Querschnittsprofil aufweist, mit welchem beim Tiefziehen mindestens zwei über einen axial geradlinig über die gesamte Länge der Platine verlaufenden Verbindungsbereich verbundene, axial verlaufende tiefgezogene Bereiche in der Platine erzeugt werden und das Formdruckgesenk einen Formdruckstempel sowie eine zugehörige, einfahrbare Matrize aufweist, mit welchen mindestens ein axial geradlinig verlaufender Verbindungsbereich in Richtung der tiefgezogenen Bereiche der Platine umgeformt und anschließend die tiefgezogenen Bereiche der Platine gegenläufig hochgebogen werden können, so dass die im Wesentlichen axial verlaufenden Kanten der tiefgezogenen Platine einen mit den Mitteln zum Verschweißen verschweißbaren I-Stoß oder Uberlappstoß bilden .

Mit der erfindungsgemaßen Vorrichtung können auf besonders wirtschaftliche Weise strukturierte, geschlossene Hohlprofile hergestellt werden, welche, wie bereits beschrieben, einen besonders hohen Grad an Strukturierung aufweisen. Zum Verschweißen der geschlossenen Hohlprofile können sowohl konventionelle Schweißverfahren als auch Laserschweißverfahren verwendet werden.

Der zwischen den tiefgezogenen Bereichen angeordnete Verbindungsbereich kann, gemäß einer nächsten weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemaßen Vorrichtung, dadurch als Teil der Kontur ausgeformt werden, dass der Formdruckstempel und die zugehörige Matrize des Formdruckgesenks so geformt sind, dass der Verbindungsbereich zwischen den tiefgezogenen Bereichen der Platine entsprechend der Kontur des herzustellenden Hohlprofils an dieser Stelle umgeformt werden kann.

Schließlich kann die Vorrichtung zur Herstellung strukturierter, geschlossener Hohlprofile dadurch weiter ausgestaltet werden, dass das Formdruckgesenk, die Formbacken und die Mittel zum Verschweißen der Kanten des Hohlprofils in eine Vorrichtung zur Durchfuhrung der Einrolltechnik zur Herstellung geschlossener Hohlprofile integriert sind. Vorrichtungen zur Durchfuhrung der Einrolltechnik, wie sie beispielsweise aus der genannten DE 198 27 798 bekannt sind, weisen eine Gesenkbiegepresse mit Formkernen kombiniert mit Mitteln zum Verschweißen auf. Ein einfacher Umbau der Gesenkbiegepresse zum erfindungsgemaßen Formdruckgesenk ermöglicht das Schließen und Verschweißen der tiefgezogenen Platine in der Vorrichtung. Das Verschweißen des geschlossenen Hohlprofils kann dann unmittelbar in der gleichen Vorrichtung durchgeführt werden, in welcher das geschlossene Hohlprofil durch Umformen der tiefgezogenen Platine hergestellt wurde.

Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines strukturierten, geschlossenen Hohlprofils aus Metall, das strukturierte, geschlossene Hohlprofil sowie die Vorrichtung zur Herstellung strukturierter, geschlossener Hohlprofile auszugestalten und weiterzubilden. Hierzu wird verwiesen einerseits auf die den Patentansprüchen 1, 10 und 17 nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens in Verbindung mit der Zeichnung. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 in einer perspektivischen Ansicht schematisch die Anordnung einer Platine in einem Ziehgesenk vor dem Tiefziehen der Platine gemäß einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 in einer perspektivischen Ansicht die tiefgezogene Platine aus Fig. 1 vor dem Umformen zu einem geschlossenen Hohlprofil,

Fig. 3 in einer perspektivischen Ansicht die tiefgezogene Platine aus Fig. 2 eingelegt in ein Formdruckgesenk zur Durchführung des Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig. 4 in einer perspektivischen, schematischen

Ansicht die umgeformte, tiefgezogene Platine im Formdruckgesenk aus Fig. 3,

Fig. 5 in einer perspektivischen, schematischen

Ansicht das Verschweißen des geschlossenen Hohlprofils aus Fig. 4 und

Fig. 6. in einer perspektivischen Ansicht das nach dem Ausführungsbeispiel hergestellte strukturierte, geschlossene Hohlprofil.

Das in Fig. 1 in einer perspektivischen Ansicht schematisch dargestellte Ziehgesenk 1 umfasst einen Ziehstempel 2, einen Niederhalter 3 sowie eine Matrize 4. Die Platine 5 ist bereits vorgeformt und weist einen an den Ziehstempel 2 und die Matrize 4 des Ziehgesenk angepassten Bereich 6 auf. Wie bereits ausgeführt, dient die Vorverformung in der Platine 5 dazu, beim Tiefziehen unter Verwendung des Tiefziehstempels 2 einen maximalen Freiheitsgrad im Hinblick auf die Ausformung der tiefgezogenen Bereiche zu ermöglichen. Wie aus der Fig. 1 ersichtlich, ist der Ziehstempel 2 nicht symmetrisch aufgebaut, weist aber eine im Wesentlichen W-förmige Querschnittsform auf. Beim Tiefziehen wird die Platine 5 in die vorgesehene Matrize 4 gezogen und entsprechend ausgeformt .

Nach dem Beschneiden der tiefgezogenen Platine und gegebenenfalls nach Durchführung von Anstauchoperationen zur Verringerung der Rückfederungskräfte wird eine tiefgezogene Platine, wie sie in Fig. 2 perspektivisch dargestellt ist, erhalten. Der Verbindungsbereich 6 der Platine verbindet die beiden tiefgezogenen Bereiche 7 und 8 miteinander und ist axial gradlinig über die gesamte Lange er Platine ausgebildet. Der Verbindungsbereich 6 weist beispielsweise eine Breite von 5 mm bis 8 mm auf. Wie weiter in der Fig. 2 zu erkennen ist, können in die tiefgezogene Platine 5 zusatzlich Sicken 9, Ausnehmungen 10 sowie Anformungen 11 eingebracht werden. Vorzugsweise werden diese unmittelbar wahrend des Tiefziehens der Platine 5 eingebracht. Es ist jedoch auch denkbar, dass die vorgeformte Platine 5 bereits einige Ausnehmungen und/oder Anformungen aufweist, damit das Ziehgesenk 1 möglichst einfach ausgeführt werden kann.

Anschließend wird die tiefgezogene Platine in ein in Fig. 3 schematisch dargestelltes Formdruckgesenk 12 eingelegt, welches einen Formdruckstempel 13 und eine im vorliegenden Ausfuhrungsbeispiel einfahrbare Matrize 14 aufweist. Über den Formdruckstempel, welcher entsprechend der Kontur des strukturierten, geschlossenen Hohlprofils im Verbindungsbereich zwischen den beiden tiefgezogenen Bereichen der Platine ausgebildet ist, wird der Verbindungsbereich 6 der Platine so ausgeformt, dass dieser die endgültige Kontur des strukturierten, geschlossenen Hohlprofils in diesem Bereich aufweist. Der Verbindungsbereich 6 muss am fertigen geschlossenen Hohlprofil also nicht notwendigerweise eben ausgeführt sein. Gleichzeitig wird durch das Einfahren der einfahrbaren Matrize 14 gewahrleistet, dass die tiefgezogenen Bereiche gegenläufig hochgebogen werden, so dass die axial verlaufenden Kanten 15, 16 des tiefgezogenen Profils nach dem Umformen einen I-Stoß bilden und ein geschlossenes Hohlprofil entsteht. Das gegenläufige Hochbiegen ist in Fig. 3 über Pfeile angedeutet . Das geschlossene Hohlprofil 17 nach dem Umformen aus der tiefgezogenen Platine 5 zeigt Fig. 4 ebenfalls in einer schematischen, perspektivischen Ansicht. Beim Umformen des Verbindungsbereiches 6 werden die beiden tiefgezogenen Bereiche 7 und 8 so gegenläufig hochgebogen, dass ein geschlossenes Hohlprofil entsteht. Das geschlossene Hohlprofil 17 kann nun entlang des axial verlaufenden I-Stoßes der Kanten 15 und 16 miteinander verschweißt werden. Das Verschweißen des Hohlprofils in einer Schweißvorrichtung ist in Fig. 5 in einer perspektivischen Ansicht ebenfalls schematisch dargestellt. Das geschlossene Hohlprofil ist auf einer Auflage 18 angeordnet. Über zwei Formbacken 19 und 20 werden die Kanten der tiefgezogenen Bereiche der Platine 15, 16, welche jetzt einen I-Stoß bilden, zusammengedruckt und wie im vorliegenden Ausfuhrungsbeispiel unter Verwendung von Laserstrahlen 21 miteinander verschweißt. Das Zusammendrucken des Hohlprofils gewahrleistet, wie beschrieben, dass durch das Tiefziehen in die Platine eingebrachte Ruckstellkrafte entgegen gewirkt werden kann und eine sehr gute Positioniergenauigkeit der zu verschweißenden Kanten erzielt wird.

In Fig. 6 ist das nach dem Ausfuhrungsbeispiel des erfindungsgemaßen Verfahrens hergestellte strukturierte, geschlossene Hohlprofil 22 perspektivisch dargestellt. Das geschlossene Hohlprofil 22 ist sehr stark strukturiert.

Darüber hinaus ist in der Fig. 6 der axial gradlinig verlaufende Verbindungsbereich 23 zu erkennen, welcher als eine Art Biegekante wahrend des Umformens der tiefgezogenen Platine zu einem geschlossenen Hohlprofil fungiert hat und die gesamte Lange der Platine bzw. des

Hohlprofils durchlauft. Wie aus der Beschreibung des Ausführungsbeispiels deutlich wird, handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren um ein kernloses Herstellverfahren, mit welchem in insgesamt drei Arbeitsschritten, nämlich Tiefziehen, Umformen und Verschweißen, ein geschlossenes, stark strukturiertes Hohlprofil hergestellt werden kann. Aufgrund des großen Freiheitsgrades in Bezug auf die Formgebung des geschlossenen Hohlprofils sind diese ideal geeignet, um im Kraftfahrzeugbau eingesetzt zu werden. Wie bereits zuvor beschrieben, weisen die erfindungsgemäß hergestellten strukturierten, geschlossenen Hohlprofile lediglich eine Schweißnaht auf, welche nicht durch Umformprozesse gestresst ist. Hierdurch ergibt sich prinzipiell eine Steigerung der Festigkeit gegenüber den nach den bisher bekannten Verfahren hergestellten geschlossenen, strukturierten Hohlprofilen, welche entweder zwei Schweißnähte oder eine bereits durch ein Umformprozess gestresste Schweißnaht aufweisen.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E

1. Verfahren zur Herstellung eines strukturierten, geschlossenen Hohlprofils aus Metall, insbesondere Stahl oder einer Stahllegierung, wobei

eine Platine in mindestens einem Ziehgesenk gezogen wird, so dass die Platine mindestens zwei über mindestens einen Verbindungsbereich der Platine miteinander verbundene, axial verlaufende, tiefgezogene Bereiche aufweist und der mindestens eine Verbindungsbereich geradlinig in axialer Richtung des herzustellenden Hohlprofils über die gesamte Lange der Platine verlauft, der mindestens eine Verbindungsbereich in einem Umformgesenk über seine gesamte Lange in Richtung der tiefgezogenen Vertiefungen der Platine gedruckt wird und anschließend die mindestens zwei tiefgezogenen Bereiche der Platine gegenläufig hochgebogen werden, so dass die im Wesentlichen axial verlaufenden Kanten der Platine einen I-Stoß oder einen Uberlappstoß bilden und die Kanten der gebogenen Platine anschließend verschweißt werden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das Umformen der tiefgezogenen Platine zu einem geschlossenen Hohlprofil in einem Formdruckgesenk erfolgt, wobei mindestens ein Formdruckstempel zum Absenken des mindestens einen Verbindungsbereiches der Platine verwendet wird und der Formdruckstempel in Verbindung mit einer einfahrbaren Matrize des Formdruckgesenks den Verbindungsbereich der Platine entsprechend der Kontur des herzustellenden geschlossenen Hohlprofils in diesem Bereich ausformt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s ein Ziehstempel mit einem w-förmigen Querschnittsprofil verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die nach dem Ziehen an den tiefgezogenen Bereichen der Platine entstandenen Flanschbereiche beschnitten werden und optional weitere mechanische Bearbeitungsschritte vor dem Umformen der tiefgezogenen Platine zu einem geschlossenen Hohlprofil durchgeführt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s vor und/oder nach dem Beschneiden der Flanschbereiche durch Anstauchoperationen die Rückfederungskräfte in der tiefgezogenen Platine reduziert werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Platine vor dem Tiefziehen vorgeformt und/oder beschnitten wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das Verschweißen des Hohlprofils in einer Schweißvorrichtung durchgeführt wird, in welcher die im Wesentlichen axial verlaufenden Kanten der umgeformten Platine zur Bildung des I-Stoßes zusammengedruckt werden oder zur Bildung eines Uberlappstoßes zusatzlich aufeinander gedruckt werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s mindestens ein Verbindungsbereich entlang einer Symmetrieachse des Hohlprofils verlauft.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s ein Verbindungsbereich mit einer verringerten Breite, insbesondere mit einer Breite von maximal 20 mm, bevorzugt mit einer Breite von maximal 10 mm, verwendet wird.

9. Vorrichtung zur Herstellung strukturierter, geschlossener Hohlprofile, mit mindestens einem Tiefziehgesenk, mindestens einem Formdruckgesenk, Formbacken und Mitteln zum Verschweißen von Kanten des Hohlprofils, insbesondere zur Durchfuhrung eines Verfahrens nach Anspruch 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s ein Ziehstempel (2) in dem Ziehgesenk (1) vorgesehen ist, wobei der Ziehstempel (2) ein Querschnittsprofil aufweist, mit welchem beim Tiefziehen mindestens zwei über einen axial geradlinig über die gesamte Lange der Platine verlaufenden Verbindungsbereich (6, 23) verbundene, axial verlaufende tiefgezogene Bereiche (7, 8) in der Platine erzeugt werden und das Formdruckgesenk (12) einen Formdruckstempel (13) sowie eine zugehörige, einfahrbare Matrize (14) aufweist, mit welchen mindestens ein axial geradlinig verlaufender Verbindungsbereich (6, 23) in Richtung der tiefgezogenen Bereiche der Platine umgeformt und anschließend die tiefgezogenen Bereiche (7, 8) der Platine (5) gegenläufig hochgebogen werden, so dass die im Wesentlichen axial verlaufenden Kanten (15, 161 der tiefgezogenen Platine (5) einen mit den Mitteln zum Verschweißen (21) verschweißbaren I-Stoß oder Uberlappstoß bilden.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der Formdruckstempel (13) und die zugehörige Matrize (14) des Formdruckgesenks (12) so geformt sind, dass der Verbindungsbereich (6, 23) zwischen den tiefgezogenen Bereichen (7, 8) der Platine entsprechend der Kontur des herzustellenden Hohlprofils an dieser Stelle beim Hochbiegen der tiefgezogenen Bereiche der Platine (5) umgeformt werden kann.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das Formdruckgesenk (12), die Formbacken (19,20) und die Mittel (21) zum Verschweißen der Kanten des geschlossenen Hohlprofils in eine Vorrichtung zur Durchfuhrung der Einrolltechnik zur Herstellung strukturierter, geschlossener Hohlprofile (22) integriert sind.