DE19915383B4

DE19915383B4 - Hydroformverfahren

Info

Publication number: DE19915383B4
Application number: DE19915383A
Authority: DE
Inventors: Peter Amborn
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-04-06
Filing date: 1999-04-06
Publication date: 2004-07-22
Anticipated expiration: 2019-04-07
Also published as: DE19915383A1

Abstract

Verfahren zum Hydroformen eines länglichen rohrartigen Strukturbauteils in einem Formgesenk, welches Strukturelement längs seiner Länge beabstandete Teile hat, die verschiedene Umfangsabmessungen haben, wobei ein erster der Teile eine erste Querschnittsform hat, die eine minimale Außenumfangsabmessung C₁ bestimmt, und ein zweiter der Teile eine zweite Querschnittsform hat, die eine maximale Außenumfangsabmessung C₂ bestimmt, welches Verfahren die Schritte enthält:
(i) Auswählen eines Vorläuferrohres, das längs seiner Länge eine konstante Querschnittsform und konstante Außenquerschnittsabmessung hat, und eine Außenumfangsabmessung Co hat, die größer C₁ ist, und von einer Querschnittsform ist, die innerhalb der ersten Querschnittsform angeordnet werden kann, und Auswählen der Wanddicke So des Vorläuferrohres, so dass die in den Bereich S₀ ≤ S₁ und S₀ ≥ S₂ fällt, wobei S₁ die mittlere Wanddicke des ersten Teils ist und S₂ die mittlere Wanddicke des zweiten Teils ist, und
ii) Anordnen des Vorläuferrohres in dem Formgesenk und Hydroformen des Vorläuferrohres, um das rohrartige...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hydroformverfahren zur Herstellung eines länglichen rohrartigen Strukturbauteiles, wie es zum Beispiel bei der Herstellung von Motorfahrzeugen verwendet wird. Gegenstand der Erfindung ist ebenfalls eine hydrogeformtes längliches Strukturbauteil, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist.

Hydroformen von rohrartigen Komponenten wird üblicherweise durch Anordnen eines rohrartigen Rohlings innerhalb eines Formgesenks, das einen Formhohlraum der gewünschten Form enthält, und Zuführen eines Hydraulikfluids unter Druck ins Innere des rohrartigen Rohlings erzielt, um zu veranlassen, dass sich der Rohling aufweitet und sich das Material, das die Wände des Rohlings bildet, ausdehnt und in Kontakt mit dem Formhohlraum gelangt und dadurch in die gewünschte Form geformt wird.

Zusätzlich ist es bekannt, entgegengesetzte axiale Enden des rohrartigen Rohlings zusammenzudrücken, um den Rohling unter axialem Druck gleichzeitig mit der Anwendung des Druckfluids anzuordnen. Dies veranlasst das Material, axial zu fließen, und ermöglicht so, dass größere Querschnittsabmessungen erzielt werden.

Es ist daher zu verstehen, dass das Hydroformverfahren auch von den Ausdehnungs- und Fließeigenschaften des Materials abhängig, aus dem der Rohling geformt ist. Entsprechend kann man auf Schwierigkeiten stoßen, wenn ein strukturelles rohrartiges Element hergestellt wird, das eine komplexe oder stark asymmetrische Querschnittsform hat, weil an bestimmten Umfangsstellen in dem rohrartigen Rohling nicht ausreichend Material verfügbar ist; dies kann zu Faltungen in dem fertiggestellten rohrartigen Strukturelementen und/oder unerwünscht dünnen Wänden bestimmten Bereichen führen.

Auf ähnliche Schwierigkeiten kann man zusätzlich stoßen, wenn rohrartige Strukturelemente hergestellt werden, die nicht von konstanter Querschnittsform und -größe längs ihrer Länge sind, sondern statt dessen axial beabstandete Teile haben, die unterschiedlich große Querschnittsformen haben.

Aus der DE 43 37 517 A1 ist ein Verfahren zur Innenhochdruckverformung von hohlen, abgesetzten Wellen aus kaltverformbarem Metall bekannt, das nachfolgend aufgeführte Schritte aufweist:
Vorliegen eines Rohrausgangsteils und Füllen desselben mit Fluid; Abdichten zumindest des aufzuweitenden Rohrabschnitts; Aufbringen eines zum Aufweiten des Rohrabschnitts geeigneten Innenhochdrucks; Kalibrieren des Werkstücks durch Aufbringen eines hohen Kalibrierdrucks; Aufrechterhalten des Kalibrierdrucks unter Anstauchen des Rohrs in Längsachsenrichtung; wobei Innenwerkzeuge, auch gefederte, als Abstützelemente im Werkzeug vorgesehen sind.

Die verwendeten Vorläuferrohre sind rund. Mit einem runden Rohr kann aber keine Materialreserve in Form eines größeren Außenumfangs bei gleichem Innendurchmesser oder Innenumfang der Form bereitgestellt werden.

Die weitere Literaturstelle DE 197 15 961 A1 zeigt ebenfalls nicht das Prinzip, wie mittels einer speziellen Formgestaltung des Vorläuferrohres eine Materialreserve für den Umformvorgang bereitgestellt werden kann. Aus dieser Literaturstelle ist lediglich bekannt, durch Hydroumformung Schalldämpfer unterschiedlichster Formen herzustellen. Insbesondere ist aus dieser Literaturstelle zu erkennen, dass während des Aufweitens Material, das dem Material des verwendeten Rohres entspricht, zugeführt wird (Spalte 2 ab Zeile 12). Dies deutet ganz unmittelbar darauf hin, dass innerhalb des Rohrumfangs des Vorgängerrohrs für den Aufweitvorgang keine Materialreserve bereitgestellt werden soll. Denn in einem solchen Fall wäre eine Materialzuführung nicht erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei minimalen Außenabmessungen des Vorläuferrohres dennoch eine verhältnismäßig große Materialreserve für das nachfolgende Aufweiten vorzuhalten.

Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Verfahren zum Hydroformen eines länglichen rohrartigen Strukturbauteiles in einem Formgesenk vorgeschlagen, welches Strukturelement längs seiner Länge beabstandete Teile hat, die verschiedene Umfangsabmessungen haben, wobei ein erster der Teile eine erste Querschnittsform hat, die eine minimale Außenumfangsabmessung C₁ bestimmt, und ein zweiter der Teile eine zweite Querschnittsform hat, die eine maximale Außenumfangsabmessung C₂ bestimmt, welches Verfahren die Schritte enthält:

(i) Auswählen eines Vorläuferrohres, das längs seiner Länge eine konstante Querschnittsform und konstante Außenquerschnittsabmessung hat, und eine Außenumfangsabmessung C₀ hat, die größer C₁ ist, und von einer Querschnittsform ist, die innerhalb der ersten Querschnittsform angeordnet werden kann, und Auswählen der Wanddicke So des Vorläuferrohres, so dass die in den Bereich S₀ ≤ S₁ und S₀ ≥ S₂ fällt, wobei S₁ die mittlere Wanddicke des ersten Teils ist und S₂ die mittlere Wanddicke des zweiten Teils ist, und
ii) Anordnen des Vorläuferrohres in dem Formgesenk und Hydroformen des Vorläuferrohres, um das rohartige Strukturbauteil herzustellen.

Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein hydrogeformtes längliches Strukturbauteil, hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, das sich dadurch auszeichnet, dass das Strukturbauteil längs seiner Länge beabstandete Teile hat, welche unterschiedliche Umfangsabmessungen haben, wobei ein erster der Teile eine minimale Umfangsabmessung C₁ bestimmt und ein zweiter der Teile einen maximalen Umfang C₂ bestimmt, wobei die mittlere Wanddicke S₁ des ersten Teils größer als die mittlere Wanddicke S₂ des zweiten Teils ist.

Nun wird auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, in welchen:
1 eine schematische axiale Schnittansicht durch ein Hydroformgesenk ist, das ein Vorläuferrohr gemäß der vorliegenden Erfindung vor dem Hydroformen enthält;
2 eine schematische axiale Schnittansicht durch ein längliches Strukturelement ist, das von der Anordnung hergestellt wurde, die in der 1 gezeigt ist;
3a eine Querschnittsansicht ist, die längs der Linie III-III in der 1 aufgenommen wurde;
3b eine Querschnittsansicht ähnlich zur 3b ist, die diagrammartig die Beziehung zwischen D₀ und dem Formhohlraum zeigt;
4 eine vergrößerte Querschnittsansicht des Vorläuferrohrs ist, das in der 3 gezeigt ist;
5 eine Querschnittsansicht ist, die längs der Linie V-V in der 2 aufgenommen wurde;
6 eine Querschnittsansicht ist, die längs der Linie VI-VI in der 2 aufgenommen wurde.
Unter Bezugnahme anfänglich auf die 2 ist dort ein längliches Strukturelement 10 gezeigt, das erste, zweite und dritte Teile 50, 51 bzw. 52 hat. In dem gezeigten Beispiel sind die ersten und dritten Teile 50, 52 von derselben Querschnittsform und -abmessung längs ihrer Längen. Diese Teile bestimmen eine minimale Umfangsabmessung C₁.
Der Teil 51 ist von derselben oder unterschiedlicher Querschnittsform wie die Teile 50, 51, ist aber von größerer Umfangsabmessung, welche in diesem Beispiel eine maximale Umfangsabmessung C₂ ist.
Das Element 10 ist durch Hydroformtechniken in einem Formgesenk 16 aus einem Vorläuferrohr 14 gebildet, welches konstante Querschnittsform und – abmessungen längs seiner Länge hat. Das Vorläuferrohr 14 ist vorzugsweise im Querschnitt so geformt, dass es eine Mehrzahl von axial verlaufender Ausbauchungen oder Knoten 17 hat, die durch axial verlaufende Kanäle 18 beabstandet sind. Dies ermöglicht es, dass die Umfangsabmessung C₀ des Rohrs vergrößert wird und noch innerhalb der Grenzen eines imaginären minimalen Durchmessers D₀ bleibt (4).
Bei der Ausführung, die in der 3a dargestellt ist, sind drei axial verlaufende Knoten oder Ausbauchungen 17 vorgesehen. Die Anzahl und Umfangsposition dieser Knoten oder Ausbauchungen 17 ist unter Berücksichtigung der Komplexität der Querschnittsform des Elementes gewählt, das geformt werden soll, um ausreichend Material zum Fließen in die radial äußersten Hohlräume während des Hydroformverfahrens bereitzustellen. Üblicherweise werden die Knoten oder Ausbauchungen daher angeordnet sein, um den radial äußersten Ausnehmungen oder Hohlräumen 20 zugewandt zu sein.
Wenn die Querschnittsform des Elements 10 nicht komplex ist, wobei sie zum Beispiel eine einfache geometrische runde oder polygonale Form sein kann, kann es sein, dass Knoten oder Ausbauchungen 17 nicht erforderlich sind, und das Vorläuferrohr kann eine einfache geometrische Querschnittsform haben. Zum Beispiel kann es im Querschnitt kreisartig sein, angenommen des Durchmessers D₀.
Um es dem Teil 51 der größeren Umfangsabmessung C₂ zu ermöglichen, hergestellt zu werden, ist es erforderlich, dass ausreichend Material an den axialen Stellen des Vorläuferrohrs entsprechend der axialen Stelle des zweiten Teils 51 vorhanden ist und so der zweite Teil mit einer gewünschten mittleren Wanddicke S₂ versehen ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dies erzielt durch Auswählen der Umfangsabmessung Co des ausgewählten Vorläuferrohrs, um ausreichend groß zu sein und damit die Wanddicke So des Vorläuferrohrs in den Bereich S₀ ≤ S₁ und S₀≥ S₂ fällt, wobei S₁ die mittlere Wanddicke des Teils 50 ist, welches die minimale Umfangsabmessung C₁ des Elements bestimmt, und S₂ die mittlere Wanddicke des Teils 51 ist, welches die maximale Umfangsabmessung C₂ des Elements 10 bestimmt. Entsprechend wird die Umfangsabmessung C₁ größer oder gleich der Umfangsabmessung C₀ des Teils 50 sein. Der Fall, in dem Co = C₁, wird auftreten, wenn die Dicke S₀ alleine ausreichend ist, um es dem größeren Querschnittsteil 51 zu ermöglichen, mit der gewünschten Wanddicke S₂ geformt zu werden.
Entsprechend wird, wenn das Vorläuferrohr während des Hydroformverfahrens ausgeweitet wird, die Wanddicke in dem Teil 50 minimaler Umfangsabmessung C₁ zum Zunehmen neigen verglichen mit jener des Vorläuferrohrs.
Herkömmlicherweise kann, wie in der 3b zu sehen ist, der Durchmesser D₀ gewählt werden, dass er die maximale Durchmesserabmessung ist, die in jenem Teil der Form zum Formen des Teils des Elements 10 untergebracht werden kann, das die minimale Umfangsabmessung C₁ hat. Dies stellt sicher, dass das Vorläuferrohr 14 vor dem Hydroformen leicht in die Form passt.
Es ist zu verstehen, dass beabsichtigt ist, dass der Ausdruck "Hydroformen" gemäß der vorliegenden Erfindung die Verwendung von jeglichem Druckfluid abdeckt, z. B. Gas, Flüssigkeit oder feste Teilchen, und auch die Verwendung von heißem oder kaltem Fluid abdeckt.

Claims

Verfahren zum Hydroformen eines länglichen rohrartigen Strukturbauteils in einem Formgesenk, welches Strukturelement längs seiner Länge beabstandete Teile hat, die verschiedene Umfangsabmessungen haben, wobei ein erster der Teile eine erste Querschnittsform hat, die eine minimale Außenumfangsabmessung C₁ bestimmt, und ein zweiter der Teile eine zweite Querschnittsform hat, die eine maximale Außenumfangsabmessung C₂ bestimmt, welches Verfahren die Schritte enthält: (i) Auswählen eines Vorläuferrohres, das längs seiner Länge eine konstante Querschnittsform und konstante Außenquerschnittsabmessung hat, und eine Außenumfangsabmessung Co hat, die größer C₁ ist, und von einer Querschnittsform ist, die innerhalb der ersten Querschnittsform angeordnet werden kann, und Auswählen der Wanddicke So des Vorläuferrohres, so dass die in den Bereich S₀ ≤ S₁ und S₀ ≥ S₂ fällt, wobei S₁ die mittlere Wanddicke des ersten Teils ist und S₂ die mittlere Wanddicke des zweiten Teils ist, und ii) Anordnen des Vorläuferrohres in dem Formgesenk und Hydroformen des Vorläuferrohres, um das rohrartige Strukturbauteil herzustellen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorläuferrohr geformt wird, um wenigstens zwei axial verlaufende Knoten zu haben.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorläuferrohr eine Querschnittsform hat, die innerhalb eines imaginären minimalen Durchmessers D₀ enthalten sein kann, wobei D₀ gleich oder weniger als die maximale Durchmesserabmessung D_maX ist, die innerhalb des ersten Teils untergebracht werden kann.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorläuferrohr aus einem zylindrischen Rohr durch Zieh- oder Walzoperationen gebildet wird.
Hydrogeformtes längliches Strukturbauteil, hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem oder mehrer der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Strukturbauteil längs seiner Länge beabstandete Teile hat, welche unterschiedliche Umfangsabmessungen haben, wobei ein erster der Teile eine minimale Umfangsabmessung C₁ bestimmt und ein zweiter der Teile einen maximalen Umfang C₂ bestimmt, wobei die mittlere Wanddicke S₁ des ersten Teils größer als die mittlere Wanddicke S₂ des zweiten Teils ist.