DE102005006579B3

DE102005006579B3 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Rohren

Info

Publication number: DE102005006579B3
Application number: DE102005006579A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Streubel
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2005-02-11
Filing date: 2005-02-11
Publication date: 2006-03-30
Anticipated expiration: 2025-02-12
Also published as: US20060179769A1; EP1690608A1; ES2331200T3; EP1690608B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung von Rohren mittels eines Oberwerkzeugs und eines Unterwerkzeugs zum Rohrformen einer zu einem U-Profil vorgeformten Blechplatine (2). Das Oberwerkzeug (6) weist im Bereich der sich gegenüberliegenden Längsflanken (7, 8) des Rohrprofils (R) gegensätzlich gepolte und gegeneinander elektrisch isolierte Elektrodenleisten (10, 11) auf, über welche unter Aufrechterhaltung einer Presskraft des Oberwerkzeugs (6) und des Unterwerkzeugs ein elektrischer Strom in die sich gegenüberliegenden Längsflanken (7, 8) eingeleitet wird, wobei Kontaktbuckel (9) an den Längsflanken (7, 8) durch den anstehenden Pressdruck und die entstehende Schweißwärme mit der gegenüberliegenden Längsflanke (7, 8) verschweißt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Rohren gemäß den Maßnahmen im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Herstellung von Rohren mit den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruchs 5.

Mit der DD 276 043 A1 zählt ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung dünnwandiger Rohre zum Stand der Technik. In dieser Veröffentlichung wird aufgezeigt, wie dünnwandige Rohre aus Blechzuschnitten mit möglichst geringer Abweichung des Querschnitts von der Kreisform hergestellt werden, ohne dass zusätzliche Fertigungszeiten beanspruchende Arbeitsgänge vor- oder nachgeschaltet werden müssen. Innerhalb der beanspruchten Vorrichtung werden Blechzuschnitte mittels indirekter Widerstandsüberlappungsschweißung unter Verwendung eines unteren, den Rohrquerschnitt von außen halbkreisförmig umschließenden Formstückes, eines zylindrischen Dorns mit eingearbeiteter Kupferschiene und zwei oberen Formstücken hergestellt.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung von Rohren aus Blechplatinen aufzuzeigen, wobei das Rohr ohne Verwendung eines Dorns innerhalb des Umformwerkzeugs geschweißt werden kann.

Der verfahrensmäßige Teil der Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Der gegenstandliche Teil der Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 5 gelöst.

Im Rahmen des Patentanspruchs 1 ist vorgesehen, dass eine Blechplatine in ein Umformwerkzeug eingelegt und von einem Stempel in eine U-förmige Ausnehmung eines Unterwerkzeugs gepresst, in einem ersten Umformschritt zu einem U-Profil vorgeformt, und anschließend in einem zweiten Umformschritt zwischen einem Oberwerkzeug und einem Unterwerkzeug in einer Umformpresse zu einem Rohrprofil umgeformt wird. Die Blechplatine wird vor dem ersten Umformschritt entlang wenigstens einer ihrer miteinander zu verbindenden Längsflanken mit für ein Widerstandspressschweißverfahren geeigneten Kontaktbuckeln versehen.

Anders als im Stand der Technik werden die Längsbereiche der Blechplatine nicht durch Widerstandsüberlappungverschweißung miteinander verbunden, sondern durch stirnseitiges Verbinden der Längflanken im Bereich der Kontaktbuckel. Dadurch, dass die Längsflanken durch den anstehenden Pressdruck gegeneinander gedrückt werden, schmiegt sich die Blechplatine an das Umformwerkzeug. Ein zusätzlicher Dorn ist nicht erforderlich, um die zu verschweißenden Bereiche gegeneinander zu pressen. Es muss folglich nach dem Verschweißen kein Dorn aus dem Rohr herausgezogen werden, oder das Rohr von dem Dorn abgezogen werden. Dadurch lässt sich der Fertigungsprozess beschleunigen.

Durch den an den Kontaktbuckeln anstehenden Pressdruck sowie die im Bereich der Kontaktbuckel entstehende Schweißwärme werden die Längsflanken miteinander verschweißt. Hierzu weist das Oberwerkzeug im Bereich der sich gegenüber liegenden Längsflanken des Rohrprofils gegensätzlich gepolte und gegeneinander elektrisch isolierte Elektrodenleisten auf, über welche unter Aufrechterhaltung einer Presskraft des Oberwerkzeugs und des Unterwerkzeugs ein elektrischer Strom in die sich gegenüber liegenden Längsflanken eingeleitet wird.

Das nach diesem Verfahren hergestellte Erzeugnis ist ein druckdichtes bzw. ein nicht druckdichtes Rohr. Ein auf diese Weise hergestelltes Rohr kann beispielsweise als Instrumententafelträger, als Türaufprallträger oder im Chassisbereich für Achsen zum Einsatz kommen. Grundsätzlich sind auch Anwendungen außerhalb des Automobilbaus denkbar, bei denen es auf die tragende Struktur des Rohrprofils ankommt.

Hinsichtlich der Anordnung der Kontaktbuckel gibt es eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten. Die Kontaktbuckel können an einer oder beiden Längsflanken ausgebildet sein. Sie können zueinander versetzt oder paarweise gegenüberliegend angeordnet sein. Insbesondere bei der zueinander versetzten Anordnung der Kontatkbuckel ergibt sich gewissermaßen eine Verzahnung der Längsflanken. Die Buckelgeometrie bestimmt die Dichtheit oder Undichtigkeit der Rohre.

Selbstverständlich ist es im Rahmen der Erfindung möglich, durch weitere Fertigungsschritte, insbesondere nachfolgende Schweißverfahren, die Längsflanken teilweise oder vollständig miteinander zu verschweißen, wenn lokal höhere Anforderungen an die Festigkeit der Verbindung gestellt werden.

Das vorbeschriebene Verfahren kann mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 durchgeführt werden. Die beanspruchte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens weist ein Oberwerkzeug und ein Unterwerkzeug zum Rohrformen einer zu einem U-Profil vorgeformten Blechplatine auf. Entscheidend ist, dass das Oberwerkzeug eine im Bereich der Längsflanken des zu einem Rohrprofil fertiggeformten U-Profils verlaufende Elektrodenleisten aufweist. Die Elektrodenleisten sind zumindest gegeneinander isoliert und ver laufen parallel zu den Längsflanken des Rohrprofils. Die Elektrodenleisten besitzen dem Außenumfangs des Rohrprofils zugewandte Kontaktflächen zur Einleitung eines Schweißstroms in das Rohrprofil. Die Kontaktflächen sind daher vorzugsweise in ihrer Kontur an den Außenumfang des Rohrprofils angepasst, wobei es möglich ist, dass die Kontaktflächen der Elektrodenleisten Bestandteil einer formgebenden Kontur des Oberwerkzeugs sind. Hierdurch werden Einbrennungen am Außenumfang des Rohrprofils vermieden und die Standzeiten der Elektrodenleisten erhöht.

Grundsätzlich ist es auch möglich, eine Vielzahl von in einer Reihe angeordneten Einzelelektroden vorzusehen, die in ihrer Gesamtheit eine Elektrodenleiste bilden, die lediglich über einzelne Kontaktbereiche und nicht über die gesamte Länge des Rohrprofils mit diesem in Kontakt steht. Elektroden aus Kupfer besitzen regelmäßig eine geringere Verschleißfestigkeit als ein stählernes Umformwerkzeug. Um einen übermäßigen Verschleiß im Bereich der Elektrodenleisten zu vermeiden, kann daher der Kontaktbereich der Elektrodenleiste an dem Außenumfang des Rohrprofils in gleichmäßigen Abständen von dem die Elektrodenleisten tragenden Oberwerkzeug durchbrochen sein. Die Elektrodenleiste kann gewissermaßen kammartig ausgebildet sein, wobei der Rücken des Elektrodenkamms sämtliche im Abstand zueinander angeordnete Elektrodenfinger miteinander verbindet. Die Elektrodenfinger stehen in Kontakt mit dem Außenumfang des Rohrprofils und können mit fortschreitendem Verschleiß kontinuierlich zugeführt werden.

Die Elektrodenleisten können grundsätzlich spiegelsymmetrisch in Bezug auf eine zwischen den zu verschweißenden Längsflanken verlaufende Mittellängsebene konfiguriert sein. Die Elektrodenleisten sind durch eine Isolierschicht voneinander getrennt, welche in einer zwischen den zu verschweißenden Längsflanken verlaufenden Mittellängsebene angeordnet ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in schematischen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
1a) bis 1d) vier einzelne Verfahrensschritte zur Herstellung eines Rohrs innerhalb eines Umformwerkzeugs;
2 in vergrößerter Darstellung ein Detail der 1d);
3a) bis 3c) drei unterschiedliche Ausführungformen von Blechplatinen zur Verwendung in dem beanspruchten Verfahren.
1 zeigt eine Umformpresse 1, in welcher eine Blechplatine 2 in mehreren aufeinander folgenden Fertigungsschritten zu einem Rohr umgeformt werden soll. Hierzu wird die Blechplatine 2 in ein Umformwerkzeug eingelegt und von einem Stempel 3 in eine U-förmige Ausnehmung 4 eines Unterwerkzeugs 5 gepresst und dadurch in einem ersten Umformschritt zu einem U-Profil vorgeformt (1b)).
Die zu einem U-Profil vorgeformte Blechplatine 2 wird anschließend durch ein sich in Richtung des Pfeils P bewegendes Oberwerkzeug 6 zu einem Rohrprofil R umgeformt. Hierbei werden die Längsflanken 7, 8 in gegenüberliegender Anordnung gegeneinander gepresst (1c) und d)).
2 zeigt in vergrößerter Darstellung den Kontaktbereich der Längsflanken 7, 8 der zu einem Rohrprofil R umgeformten Blechplatine 2. Die Längsflanken 7, 8 stoßen unter Eingliederung von Kontaktbuckeln 9 gegeneinander und werden unter Aufrechterhaltung der Presskraft des Oberwerkzeugs 6 miteinander verschweißt. Hierzu wird ein Schweißstrom über Elektrodenleisten 10, 11 in die Längsflanken 7, 8 und dadurch in die Kontaktbuckel 9 eingeleitet. Die Elektrodenleisten 10, 11 sind benachbart den Längsflanken 7, 8 im Oberwerkzeug 6 angeordnet. Sie sind spiegelsymmetrisch in Bezug auf eine zwischen den zu verschweißenden Längsflanken 7, 8 verlaufende Mittellängsebene MLE konfiguriert. In dieser Mittellängsebene MLE verläuft eine Isolierschicht 12, durch welche die Elektrodenleisten 10, 11 elektrisch voneinander getrennt sind.
Die Elektrodenleisten 10, 11 haben Kontaktflächen 13, die in ihrer Kontur an den Außenumfang des Rohrprofils R angepasst und Bestandteil der formgebenden Kontur des Oberwerkzeugs 6 sind.
Der eingeleitete Schweißstrom sucht seinen Weg zur anderen Elektrodenleiste über die Kontaktbuckel 9 zwischen den Längsflanken 7, 8. Dadurch werden diese im Bereich der Kontaktbuckel 9 miteinander verschweißt. Es entsteht je nach Verzahnung der Blechplatinen entweder ein druckdichtes oder druckundichtes Rohr, das nach Entfernung des Oberwerkzeugs 6 aus der Umformpresse 1 entnommen werden kann.
In 3 sind drei mögliche Ausführungsformen von Blechplatinen 2a, 2b, 2c dargestellt. 3a) zeigt eine Blechplatine 2a, bei welcher an jeder ihrer Längsflanken 7, 8 Kontaktbuckel 9 in gegenüberliegender Anordnung vorgesehen sind. Bei der Herstellung des Rohrprofils kontaktieren sich ausschließlich die Kontaktbuckel 9. Im Unterschied hierzu ist bei der Ausführungsform der 3b) vorgesehen, dass die Kontaktbuckel 9 der Blechplatine 2b zueinander versetzt angeordnet sind und bei der Umformung zu einem Rohrprofil gewissermaßen verzahnt ineinander greifen. Auf diese Weise wird jeweils ein Kontaktbuckel 9 mit der jeweils gegenüberliegenden Längsflanke 7, 8 verbunden.
Die Ausführungsform der 3c) sieht nur an einer Längsflanke 7 der Blechplatine 2c Kontaktbuckel 9 vor. Die Geometrie der Kontaktbuckel 9 ist in den Ausführungsbeispielen der 3a) bis 3c) willkürlich gewählt und dient lediglich zur Veranschaulichung der unterschiedlichen Positionierungsmöglichkeiten der Kontaktbuckel 9. Die Geometrie der Kontaktbuckel 9 sowie deren Anzahl wird grundsätzlich anforderungsgerecht ausgewählt. Insbesondere können die Kontaktbuckel 9 eine wesentlich abweichende Breite oder Höhe aufweisen, sowie in gleichbleibenden als auch unterschiedlichen gegenseitigen Abständen zueinander angeordnet sein.

1: Umformpresse
2: Blechplatine
2a: Blechplatine
2b: Blechplatine
2c: Blechplatine
3: Stempel
4: U-förmige Ausnehmung in 5
5: Unterwerkzeug
6: Oberwerkzeug
7: Längsflanke v. 2, 2a – c
8: Längsflanke v. 2, 2a – c
9: Kontaktbuckel
10: Elektrodenleiste
11: Elektrodenleiste
12: Isolierschicht
13: Kontaktfläche v. 10, 11
MLE: -Mittellängsebene
P: -Pfeil
R: -Rohrprofil

Claims

Verfahren zur Herstellung von Rohre, bei welchem eine Blechplatine (2, 2a - c) in ein Umformwerkzeug eingelegt und von einem Stempel (3) in eine U-förmige Ausnehmung (4) eines Unterwerkzeugs (5) gepresst und in einem ersten Umformschritt zu einem U-Profil vorgeformt und in einem zweiten Umformschritt zwischen einem Oberwerkzeug (6) und einem Unterwerkzeug (5) in einer Umformpresse (1) zu einem Rohrprofil (R) umgeformt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechplatine (2) vor dem ersten Umformschritt entlang wenigstens einer der miteinander zu verbindenden Längsflanken (7, 8) mit für ein Widerstandspressschweißverfahren geeigneten Kontaktbuckeln (9) versehen wird, wobei das Oberwerkzeug (6) im Bereich der sich gegenüberliegenden Längsflanken (7, 8) des Rohrprofils (R) gegensätzlich gepolte und gegeneinander elektrisch isolierte Elektrodenleisten (11, 12) aufweist, über welche unter Aufrechterhaltung einer Presskraft des Oberwerkzeugs (6) und des Unterwerkzeugs (5) ein elektrischer Strom in die sich gegenüber liegenden Längsflanken (7, 8) eingeleitet wird, wobei die Kontaktbuckel (9) durch den anstehenden Pressdruck und die entstehende Schweißwärme mit der gegenüberliegenden Längsflanke (7, 8) verschweißt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktbuckel (9) an beiden Längsflanken (7, 8) ausgebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktbuckel (9) der Längsflanken (7, 8) zueinander versetzt angeordnet werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktbuckel (9) der Längsflanken (7, 8) paarweise gegenüberliegend angeordnet werden.
Vorrichtung zur Herstellung von Rohren mit einem Oberwerkzeug (6) und einem Unterwerkzeug (5) zum Rohrformen einer zu einem U-Profil vorgeformten Blechplatine (2, 2a – c), dadurch gekennzeichnet, dass das Oberwerkzeug (6) eine im Bereich der Längsflanken (7, 8) des zu einem Rohrprofil (R) fertiggeformten U-Profils angeordnete Elektrodenleisten (10, 11) aufweist, die gegeneinander isoliert sind und parallel zu den Längsflanken (7, 8) des Rohrprofils (R) verlaufen, wobei die Elektrodenleisten (10, 11) dem Außenumfang des Rohrprofils (R) zugewandte Kontaktflächen (13) zur Einleitung eines Schweißstroms in das Rohrprofil (R) besitzen.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur der Kontaktfläche (13) der Elektrodenleisten (10, 11) an den Außenumfang des Rohrprofils (R) angepasst ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktflächen (13) der Elektrodenleisten (10, 11) Bestandteil einer formgebenden Kontur des Oberwerkzeugs (6) sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenleisten (10, 11) spiegelsymmetrisch in Bezug auf eine zwischen den zu verschweißenden Längsflanken (7, 8) verlaufende Mittellängsebene (MLE) konfiguriert sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenleisten (10, 11) durch eine Isolierschicht (12) voneinander getrennt sind, welche in einer zwischen den zu verschweißenden Längsflanken (7, 8) verlaufenden Mittellängsebene (MLE) angeordnet ist.