EP3450041B1

EP3450041B1 - Verfahren zur herstellung eines rohrförmigen hohlkörpers aus einer zugeschnittenen metallischen platine und fahrwerks- oder karosseriebauteil mit einem nach dem verfahren hergestellten hohlkörper

Info

Publication number: EP3450041B1
Application number: EP17188318.4A
Authority: EP
Inventors: Ivan Correas Larreategui; Iñaki Arroyo Llanos; Bidatz Arrieta Aldazabal
Original assignee: Autotech Engineering Deutschland GmbH; Autotech Engineering SL
Current assignee: Autotech Engineering Deutschland GmbH; Autotech Engineering SL
Priority date: 2017-08-29
Filing date: 2017-08-29
Publication date: 2023-04-12
Anticipated expiration: 2037-08-29
Also published as: EP3450041A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines rohrbogenförmigen Hohlkörpers aus einer zugeschnittenen metallischen Platine, bei welchem der Hohlkörper aus der Platine unter Anwendung einer U-O-Umformung hergestellt wird, so dass der Hohlkörper nach der U-O-Umformung der Platine einen Schlitz oder Kantenstoß entlang zweier Stoßkanten der umgeformten Platine aufweist.
Derartige Verfahren sind bekannt (siehe z. B. EP 2 616 197 B1 ).
Rohrförmige, insbesondere rohrbogenförmige Hohlkörper aus metallischem Werkstoff werden heutzutage vielfach im Kraftfahrzeugbau verwendet, beispielsweise als Komponenten von Hinterachsträgern sowie vorderen und hinteren Hilfsrahmen.
Ein bekanntes Verfahren zur Herstellung komplex geformter Rohrkörper ist das sogenannte Hydroforming (Innenhochdruckumformen). Dabei wird der herzustellende Rohrkörper aus einem Rohr unter Verwendung eines flüssigen Wirkmediums (meist einer Wasser-Öl-Emulsion) durch Aufbringen von Innendruck geformt. Die bei diesem Verfahren zur Umformung benötigten Drücke können bis zu mehreren Tausend Bar betragen und sind im Wesentlichen vom umzuformenden Werkstoff, der Materialdicke und den kleinsten auszuformenden Radien abhängig. Dieses hydraulische Umformverfahren erfordert technisch aufwendige und teure Werkzeuge, deren Einsatz sich oft aus Amortisationsgründen nicht lohnt oder einen hohen Stückpreis für die herzustellenden Teile zur Folge hat.
Aus der DE 100 62 836 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines gebogenen rohrförmigen Hohlkörpers bekannt, wobei der Hohlkörper im Verlauf seiner Länge runde und eckig geformte Bereiche aufweist und auf seiner Länge in Achsrichtung vertikalen und/oder horizontalen Biegungen folgt. Hierzu wird zunächst eine Blechplatine gestanzt, wobei der Blechzuschnitt so gewählt wird, dass dieser in seiner Breite ein bestimmtes Übermaß gegenüber den Abmessungen der theoretischen Abwicklung des fertiggestellten Hohlkörpers aufweist. Anschließend wird die Blechplatine in einer als Gesenk ausgebildeten Biegevorrichtung vorgebogen, indem die Seitenbereiche der Blechplatine zu einer U-Form hochgestellt werden. In einem weiteren Biegewerkzeug wird dann der obere Teil der hochgestellten Seiten des Werkstücks in den eckig zu formenden Bereichen des Hohlkörpers in eine nach innen gerichtete Schrägstellung gebogen, während in den zu formenden Rundbereichen des Hohlkörpers eine nach innen gerichtete Anrundung der Enden der hochgestellten Seiten erfolgt. Das so vorgebogene Werkstück wird anschließend in einem Presswerkzeug in seine endgültige Form gepresst, indem die schräggestellten und angerundeten Seitenbereiche des Blechzuschnitts an der in Längsrichtung verlaufenden Nahtstelle des Hohlkörpers unter Druck lückenlos zusammengefügt werden. Gegebenenfalls wird der Hohlkörper an der Nahtstelle noch verschweißt.
Bauteile, die einen oder mehrere komplex geformte Rohrkörper aufweisen, wie z. B. Hinterachsträger und vordere oder hintere Hilfsrahmen von Kraftfahrzeugen, sind üblicherweise mit Verstärkungen und/oder Querträgern versehen, die an die Außenseite des Rohrkörpers angeschweißt werden. Bei der Dimensionierung und Anordnung der Verstärkungen bzw. Querträger sind konstruktive Vorgaben zu berücksichtigen, damit Gewichtsvorgaben nicht überschritten werden und/oder benötigter Bauraum nicht verloren geht.
Die EP 2 025 424 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines rohrförmigen Tragprofils für einen Instrumententräger eines Kraftfahrzeuges. Dabei wird eine Blechplatine in ein Umformwerkzeug eingelegt, von einem Stempel in eine U-förmige Ausnehmung eines Unterwerkzeugs gepresst und in einem ersten Umformschritt zu einem U-Profil umgeformt. Anschließend wird das U-Profil in einem zweiten Umformschritt zwischen einem Oberwerkzeug und einem Unterwerkzeug zu einem Schlitzrohr umgeformt. Danach werden die Längskanten fügetechnisch verbunden. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass das U-Profil im Unterwerkzeug mit Verbindungselementen versehen wird. Optional ist vorgesehen, dass an dem Tragprofil Abschnitte unterschiedlicher Querschnittskonfiguration ausgeformt werden. Zudem wird vorgeschlagen, das U-Profil bereichsweise mit Verstärkungsblechen zu versehen. Die Verstärkungsbleche werden flächig auf der Innenseite der Blechplatine bzw. des U-Profils angeordnet.
Die US 2006/0075920 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Strukturbauteils, bei dem zunächst eine Platine aus Stahlblech zu einer im Querschnitt U-förmigen Schale umgeformt wird, worauf in die Schale mindestens ein Querschott oder Längsschott eingebracht und lagefixiert wird. Anschließend werden die neben den freien Kanten liegenden Randbereiche der Schale um das Querschott oder Längsschott zu einem rohr- oder kastenförmigen Längenabschnitt gebogen und danach die Kanten mindestens abschnittsweise verschweißt. In den Querschotts und/oder den Längsschotts können Sicken, Prägungen und/oder Durchbrechungen vorgesehen sein.
Die EP 0 888 835 A1 offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines Metallformteils, bei dem das Metallformteil in mehreren aufeinanderfolgenden Umformschritten durch Biegen, Pressen und/oder Tiefziehen aus einem ebenen Zuschnitt aus Metallblech hergestellt wird, wobei das Metallblech nach Durchführung eines Teils der Umformschritte eine Mehrzahl von im Wesentlichen parallelen Biegelinien und in einem zu den Biegelinien senkrechten Querschnitt ein rinnenförmiges Profil oder Teilprofil aufweist. Das rinnenförmige Profil oder Teilprofil wird dabei mit mindestens einem Versteifungsblech versteift, das im Wesentlichen senkrecht zu den Biegelinien in das Profil oder Teilprofil eingesetzt und starr am Metallblech befestigt wird, bevor das Metallformteil durch weitere am Metallblech vorgenommene Umformschritte fertiggestellt wird. Die Versteifungsbleche können dabei mindestens eine Durchgangsöffnung oder eine randoffene Aussparung aufweisen.
Die US 2006/0016078 A1 , die die Basis für den Oberbegriff des Anspruchs 1 bildet, offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines Strukturbauteils für ein Kraftfahrzeug, bei dem aus einer Blechplatine ein Zwischenstrukturelement gebildet wird, das einen Kanal definiert, der sich entlang mindestens eines Teils seiner Länge erstreckt. In dem kanalförmigen Zwischenstrukturelement wird ein Stützelement angeordnet und an dem Zwischenstrukturelement durch Schweißen befestigt. Anschließend wird ein zweiter Formvorgang an dem das Stützelement enthaltenden Zwischenstrukturelement ausgeführt, so dass das Stützelement darin teilweise umschlossen und weiter befestigt wird. Das fertige Strukturbauteil oder das das Stützelement enthaltende Zwischenstrukturelement kann dabei in ein bogenförmiges Bauteil umgeformt werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines rohrbogenförmigen Hohlkörpers der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem sich derartige Hohlkörper für gewichtsoptimierte und/oder bauraumoptimierte Fahrwerks- sowie Karosseriebauteile wirtschaftlich herstellen lassen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung von einem oder mehreren Verstärkungselementen in dem rohrförmigen Hohlkörper lassen sich mit einem solchen Hohlkörper gewichtsoptimierte und/oder bauraumoptimierte Fahrwerkssowie Karosseriebauteile wirtschaftlich herstellen. Das mindestens eine Verstärkungselement wird dabei vorzugsweise gezielt an einer bestimmten Stelle des zumindest teilweise U-förmig umgeformten Abschnitts des Werkstücks innenseitig angeordnet und mit demselben stoffschlüssig verbunden, so dass eine Spitzenbelastung an einem festigkeitsrelevanten Abschnitt des fertigen Fahrwerkssowie Karosseriebauteils, z.B. an einem Verbindungsabschnitt, an welchem der rohrförmige Hohlkörper mit einer weiteren Komponente des Bauteils verbunden ist, deutlich reduziert wird. Durch die innere partielle Verstärkung des rohrförmigen Hohlkörpers können dieser und/oder eine damit verbundene Komponente leichtgewichtiger ausgelegt werden. Beispielsweise ermöglicht die innere partielle Verstärkung des rohrförmigen Hohlkörpers eine Reduzierung der Blechdicke der zur Herstellung des rohrförmigen Hohlkörpers verwendeten metallischen Platine (Blechplatine). Alternativ oder zusätzlich können durch die innere partielle Verstärkung des rohrförmigen Hohlkörpers mitunter äußere Verstärkungs- bzw. Versteifungselemente des Fahrwerks- oder Karosseriebauteils fortgelassen werden, wodurch das Gesamtgewicht des Fahrwerks- oder Karosseriebauteils reduziert und Bauraum für andere Fahrzeugaggregate, z.B. Fahrzeugantriebskomponenten, gewonnen werden kann.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die den Schlitz oder Kantenstoß definierenden Stoßkanten des rohrförmigen Hohlkörpers durch Schweißen, vorzugsweise Metall-Aktivgas-Schweißen (MAG-Schweißen)oder Laserstrahlschweißen miteinander verbunden werden. Durch das Verschweißen der Stoßkanten des rohrförmigen Hohlkörpers wird die Formstabilität des Hohlkörpers verbessert. Zudem kann der Innenraum des Hohlkörpers durch eine kontinuierliche Schweißnaht entlang der Stoßkanten vor Eindringen von Feuchtigkeit geschützt werden.
Das zum Verbinden der Stoßkanten bevorzugt verwendete MAG-Schweißen ermöglicht hohe Schweißgeschwindigkeiten auch bei bogenförmigem Stoßkantenverlauf. Die Schweißgeschwindigkeit kann beim MAG-Schweißen zum Beispiel bei mindestens 10 m/min, vorzugsweise mindestens 15 m/min liegen. Der beim MAG-Schweißen der Schweißstelle zugeführte Schweißdraht (Zusatzdraht) schmilzt dort im Lichtbogen bzw. im Schmelzbad ab. Mit dem abschmelzenden Zusatzmaterial des Schweißdrahtes lässt sich der von den zu verschweißenden Stoßkanten begrenzte Schlitz zuverlässig füllen.
Auch das zum Verbinden der Stoßkanten alternativ verwendbare Laserstrahlschweißen zeichnet sich durch hohe Schweißgeschwindigkeiten sowie die Ausführbarkeit komplizierter Nahtgeometrien aus. Aufgrund des präzisen, sehr konzentrierten Energieeintrags ergibt sich beim Laserstrahlschweißen ein geringer Wärmeeinfluss und folglich ist nur mit einem sehr geringen thermischen Verzug des Werkstücks zu rechnen. Das Laserstrahlschweißen wird bei entsprechender Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorzugsweise ebenfalls unter Verwendung von Schweißdraht (Zusatzdraht) durchgeführt.
Der Zusatzdraht kann sowohl beim MAG-Schweißen als auch beim Laserstrahlschweißen im Wesentlichen die gleiche Werkstoffzusammensetzung aufweisen wie die Platine, aus welcher der rohrförmige Hohlkörper geformt wird.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann der Zusatzdraht allerdings auch ein oder mehrere festigkeitserhöhende Legierungsbestandteile, wie z.B. Mangan, Nickel und/oder Kohlenstoff enthalten.
Wenn die Stoßkanten des rohrförmigen Hohlkörpers mittels MAG-Schweißen miteinander verschweißt werden, so wird als Aktivgas (Schutzgas) beispielsweise Argon oder Kohlendioxid oder ein Gemisch aus diesen Gasen verwendet. Das Aktivgas kann dabei als Mischgas auch Sauerstoff und/oder Helium enthalten. Vorzugsweise wird als Aktivgas (Schutzgas) Argon oder ein argonreiches Mischgas mit bis 25 Vol.-% Kohlendioxid und/oder bis zu etwa 5 Vol.-% Sauerstoff und/oder ca. 20-30 Vol.-% Helium verwendet. Wenn die Stoßkanten des rohrförmigen Hohlkörpers mittels Laserstrahlschweißen miteinander verschweißt werden, so wird als Schutzgas vorzugsweise Argon oder Helium oder Kohlendioxid oder ein Gemisch aus mindestens zwei dieser Gaskomponenten verwendet.
Der rohrbogenförmige Hohlkörper kann auch als gebogener rohrförmiger Hohlkörper bezeichnet werden. Er folgt auf seiner Länge in Achsrichtung vertikalen und/oder horizontalen Biegungen. Mit einem entsprechend ausgeführten rohrförmigen Hohlkörper lassen sich gewichtsoptimierte sowie bauraumoptimierte Fahrwerkssowie Karosseriebauteile sehr vorteilhaft herstellen.
In diesem Zusammenhang sieht die Erfindung vor, dass das Biegen der Platine derart durchgeführt wird, dass die zumindest teilweise U-förmig umgeformte Platine eine Rinne definiert, deren längliche Rinnengrundlinie zumindest abschnittsweise konvex ausgebildet ist. An den konvex ausgebildeten Abschnitt der Rinne kann sich gegebenenfalls ein konkav ausgebildeter Rinnenabschnitt anschließen. Insbesondere wird vorgeschlagen, dass das mindestens eine Verstärkungselement zumindest in den konvex ausgebildeten Rinnenabschnitt eingesetzt und innenseitig mit demselben stoffschlüssig verbunden, vorzugsweise verschweißt wird. Seitens der Anmelderin wurde gefunden, dass sich hierdurch ein aus einer Metallplatine hergestellter gebogener rohrförmiger Hohlkörper, dessen Schlitz oder Kantenstoß konvex verläuft, zuverlässig durch U-O-Umformung herstellen lässt.
Das mindestens eine Verstärkungselement ist als platten- oder scheibenförmig ausgebildetes Verstärkungselement ausgeführt. Ein solches Verstärkungselement lässt sich kostengünstig herstellen, zum Beispiel indem es aus einem Metallblech ausgestanzt wird. Durch die platten- oder scheibenförmige Ausführung des Verstärkungselements lässt sich ein erheblicher Stabilitätszuwachs, insbesondere Biegesteifigkeitszuwachs, bei relativ geringem Gewicht des Verstärkungselements erzielen. Hinsichtlich einer Gewichtsreduzierung ist es vorteilhaft, dass das platten- oder scheibenförmig ausgebildete Verstärkungselement ein ringförmig ausgebildetes Verstärkungselement ist. Hierdurch lässt sich eine Gewichtsreduzierung erzielen, wobei die Verstärkungswirkung dennoch hoch bleibt.
Für eine Gewichtsoptimierung bei im Wesentlichen gleichbleibenden oder vorzugsweise verbesserten Festigkeitseigenschaften des betreffenden Fahrwerks- oder Karosseriebauteils ist es ferner günstig, dass das ringförmig ausgebildete Verstärkungselement mindestens eine Querstrebe und/oder einen Kragen aufweist. Hierdurch wird die Formsteifigkeit des Verstärkungselements erhöht. Dementsprechend lässt sich die Blechstärke (Blechdicke) des ringförmig ausgebildeten Verstärkungselements verringern und somit Material und Gewicht sparen.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird das mindestens eine Verstärkungselement derart ausgeführt, dass der rohrförmige Hohlkörper im Querschnitt betrachtet entlang seiner Innenkontur vollständig an der Außenumfangskontur des Verstärkungselements anliegt. Hierdurch erhält der rohrförmige Hohlkörper eine optimale radiale Formstabilität.
Alternativ kann nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung das mindestens eine Verstärkungselement jedoch auch derart ausgeführt werden, dass der rohrförmige Hohlkörper im Querschnitt betrachtet entlang seiner Innenkontur teilweise an der Außenumfangskontur des Verstärkungselements anliegt. Die Umfangskontur des in dem rohrförmigen Hohlkörper angeordneten Verstärkungselements und die benachbarte Innenkontur des rohrförmigen Hohlkörpers begrenzen somit mindestens eine Durchgangsöffnung. Diese Ausgestaltung lässt mehr Ausgleichsspielraum für den mindestens einen bzw. abschließenden Umformvorgang, bei dem der zuvor zumindest teilweise U-förmig umgeformte Abschnitt der Platine zu einem rohrförmigen Querschnitt des Hohlkörpers umgeformt wird. Abgesehen davon begünstigt diese Ausgestaltung eine Gewichtsreduzierung des rohrförmigen Hohlkörpers, da das darin angeordnete Verstärkungselement in diesem Fall im Vergleich zu einem Verstärkungselement, welches mit seiner Umfangskontur im Wesentlichen vollständig an der Innenkontur des rohrförmigen Hohlkörpers anliegt, deutlich kleiner und dementsprechend leichter ist. In diesem Zusammenhang besteht eine weitere bevorzugte Ausgestaltung darin, dass das mindestens eine Verstärkungselement mit der Innenseite des Hohlkörpers eine Durchgangsöffnung begrenzt, die im Bereich des Schlitzes oder Kantenstoßes liegt.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass mindestens zwei Verstärkungselemente der genannten Art in den zumindest teilweise U-förmig umgeformten Abschnitt der umgeformten Platine eingesetzt und innenseitig mit demselben stoffschlüssig verbunden, vorzugsweise verschweißt werden. Diese Ausgestaltung begünstigt eine zuverlässige sowie gewichtsoptimierte Ausführung von gebogenen rohrförmigen Hohlkörpern mittels U-O-Formung einer metallischen Platine, wenn der Schlitz oder Kantenstoß der umgeformten Platine entlang eines konvex gebogenen Abschnitts des rohrförmigen Hohlkörpers (Rohrkörpers) verläuft.
Beispielsweise können in einen zumindest teilweise U-förmig sowie S-förmig umgeformten Abschnitt der Platine als Werkstück drei Verstärkungselemente der genannten Art eingesetzt und innenseitig mit dem umgeformten Abschnitt verschweißt werden, wobei eines der Verstärkungselemente in einem ersten im Wesentlichen geraden Rinnenabschnitt des umgeformten Werkstücks, ein zweites der Verstärkungselemente in einem Übergangsbereich zwischen einem konvex gebogenen und einem konkav gebogenen Rinnenabschnitt des umgeformten Werkstücks und das dritte der Verstärkungselemente in einem zweiten im Wesentlichen geraden Rinnenabschnitt des umgeformten Werkstücks angeordnet werden.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die mindestens zwei Verstärkungselemente unterschiedlich ausgebildet; sie können insbesondere unterschiedliche Außenumfangskonturen aufweisen. Diese Ausgestaltung begünstigt die gewichtsoptimierte Herstellung eines komplex geformten Rohrkörpers mittels U-O-Formung einer metallischen Platine.
Um ein Rückfedern der hochgestellten Schenkel des U-förmig umgeformten Abschnitts des Werkstücks beim stoffschlüssigen Verbinden (z.B. Verschweißen) des Verstärkungselements mit dem U-förmig umgeformten Abschnitt zu vermeiden, sieht eine weitere Ausgestaltung der Erfindung vor, dass nach dem Einsetzen des mindestens einen Verstärkungselements und vor dem stoffschlüssigen Verbinden, vorzugsweise Verschweißen, des Verstärkungselements mit dem zumindest teilweise U-förmig umgeformten Abschnitt der Platine ein Kalibrieren des umgeformten Abschnitts durchgeführt wird. Hierdurch wird die Zuverlässigkeit der nachfolgenden Umformung des zumindest teilweise U-förmig vorgeformten Werkstücks zu einem rohrförmigen Querschnitt weiter verbessert.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Fahrwerks- oder Karosseriebauteil mit einem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten rohrförmigen, vorzugsweise rohrbogenförmigen Hohlkörper.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer mehrere Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: einen Abschnitt einer Verbundlenker-Hinterachse für ein Kraftfahrzeug in einer perspektivischen Darstellung;
Fig. 2: einen Hinterachshilfsrahmen für ein Kraftfahrzeug in einer perspektivischen Darstellung;
Fig. 3: vier Arbeitsschritte eines herkömmlichen Prozesses zur Herstellung eines bogenförmigen Rohres mittels U-O-Umformung, wobei die Arbeitsschritte durch perspektivische Darstellungen und zugehörige Querschnittansichten des umgeformten, nach Durchführung des jeweiligen Arbeitsschrittes vorliegenden Werkstücks schematisch gezeigt sind;
Fig. 4: mehrere Arbeitsschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines bogenförmigen Rohres mittels U-O-Umformung, wobei die Arbeitsschritte durch Querschnittansichten des umgeformten, nach Durchführung des jeweiligen Arbeitsschrittes vorliegenden Werkstücks schematisch gezeigt sind;
Fig. 5a und 5b: Arbeitsschritte einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines bogenförmigen Rohres mittels U-O-Umformung, wobei die Arbeitsschritte wiederum durch Querschnittansichten des umgeformten, nach Durchführung des jeweiligen Arbeitsschrittes vorliegenden Werkstücks schematisch gezeigt sind;
Fig. 6: ein mittels U-O-Umformung hergestellter rohrbogenförmiger Hohlkörper, ein ringscheibenförmiges Verstärkungselement und ein erfindungsgemäß mittels U-O-Umformung hergestellter rohrbogenförmiger Hohlkörper mit einem darin angeordneten ringscheibenförmigen Verstärkungselement, in einer perspektivischen Darstellung;
Fig. 7a bis 7h: verschiedene Verstärkungselemente zur Anordnung in einem rohrbogenförmigen Hohlkörper während dessen Herstellung mittels U-O-Umformung, jeweils in einer perspektivischen Darstellung, wobei die Fig. 7a, 7b, 7d, 7g und 7h keine Beispiele erfindungsgemäßer Verstärkungselemente zeigen; und
Fig. 8: ein erfindungsgemäß hergestellter rohrbogenförmiger Hohlkörper mit drei darin angeordneten ringscheibenförmigen Verstärkungselementen, in einer perspektivischen Darstellung.

Fig. 1 zeigt einen Abschnitt einer Verbundlenker-Hinterachse 1 als Beispiel für ein Fahrwerksbauteil eines Kraftfahrzeuges. Die Verbundlenker-Hinterachse 1 weist einen linken Lenkerarm 1.1 und einen rechten Lenkerarm (nicht gezeigt) auf, die durch einen auf Torsion belastbaren Querträger 1.2 miteinander fest verbunden sind. Sowohl der Querträger 1.2 als auch die Lenkerarme 1.1 sind als rohrförmige Hohlkörper ausgebildet. An den Lenkerarme 1.1 und dem Querträger 1.2 sind schalenförmige Konsolbleche 1.3 bzw. Querstreben 1.4 angeschweißt. Das Konsolblech 1.3 dient der Lagerung und Abstützung einer Fahrwerksfeder sowie eines Stoßdämpfers (nicht gezeigt). Der jeweilige Lenkerarm 1.1 weist an einem seiner Enden eine Gelenkbuchse (Lagerbuchse) 1.5 und am anderen Ende einen Verbindungsflansch 1.6 zur Befestigung einer Hinterradlagerung auf. Der Lenkerarm 1.1 ist als rohrbogenförmiger Hohlkörper ausgeführt. Er ist aus einer Blechplatine, vorzugsweise Stahlblechplatine, durch U-O-Umformen hergestellt.
In Fig. 2 ist ein Hilfsrahmen 2 als ein weiteres Beispiel für ein Fahrwerksbauteil eines Kraftfahrzeuges gezeigt. Der Hilfsrahmen 2 dient insbesondere der gelenkigen Lagerung von mit den Hinterradträgern zu verbindenden Querlenkern (nicht gezeigt). Er weist zwei seitliche, im Wesentlichen längs zur Fahrzeuglängsmittelachse verlaufende Seitenträger (Längsträger) 2.1 auf, die mit einem vorderen Querträger 2.2 und einem hinteren Querträger 2.3 fest verbunden sind. Der vordere Querträger 2.2 und die Seitenträger 2.1 des Hinterachs-Hilfsrahmens 2 sind als rohrförmige Hohlkörper ausgebildet, wobei insbesondere der Querträger 2.2 bogenförmige Abschnitte aufweist. Die Seitenträger 2.1 und/oder der Querträger 2.2 sind aus Blechplatinen, vorzugsweise Stahlblechplatinen, durch U-O-Umformen hergestellt.
Ein herkömmlicher Prozess zur Herstellung eines gebogenen Rohrkörpers unter Anwendung einer U-O-Umformung ist in Fig. 3 skizziert. Der herkömmliche Herstellungsprozess umfasst mindestens vier Arbeitsschritte (OP10, OP30, OP50, OP70). Zunächst wird eine im Wesentlichen ebene, für die Erzielung des fertigen Rohrkörpers 5 passend zugeschnittene Blechplatine teilweise U-förmig umgeformt (OP10). Zuvor oder vorzugsweise während dieser Umformung wird die Blechplatine derart umgeformt, dass sie nach diesem Umformschritt (OP10), wie in Fig. 3 links oben sowie links unten dargestellt, eine Rinne 3 definiert, deren längliche oder axiale Rinnengrundlinie bogenförmig ausgebildet ist. In Fig. 3 ist die Rinnengrundlinie konkav ausgebildet. Das so umgeformte Werkstück (Blechplatine) 4 weist zwei parallel zueinander verlaufende Seitenabschnitte (Schenkel) 4.1 auf, die sich an den rinnenförmigen Abschnitt 4.2 seitlich anschließen und entsprechend der Rinnengrundlinie gebogen sind. Im Querschnitt betrachtet stehen die Seitenabschnitte (Schenkel) 4.1 zunächst in entgegengesetzten Richtungen von dem rinnenförmigen Abschnitt 4.2 des Werkstücks 4 ab.
In einem nachfolgenden Umformschritt (Arbeitsschritt) OP30 werden die Seitenabschnitte 4.1 hochgestellt, d.h. nach oben gebogen, so dass das Werkstück 4 dann im Querschnitt betrachtet insgesamt ein U-förmiges Profil aufweist.
In einem weiteren Arbeitsschritt (OP50) werden dann die hochgestellten Seitenabschnitte 4.1 des Werkstücks 4 derart umgeformt, dass ihre Längskanten 4.3 aufeinander zu bewegt werden und einen Schlitz oder Kantenstoß 4.4 definieren. Dieser Arbeitsschritt kann auch als O-Umformung bezeichnet werden. Das Werkstück 4 weist nun einen rohrförmigen Querschnitt auf. Die beiden Längskanten (Stoßkanten) 4.3 werden anschließend miteinander verschweißt (OP70), so dass der Schlitz oder Kantenstoß 4.4 vorzugsweise vollständig geschlossen wird. In Fig. 3, rechts oben ist mit 4.5 die Schweißnaht am Kantenstoß 4.4 bezeichnet.
Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich von dem in Fig. 3 skizzierten herkömmlichen Prozess dadurch, dass nach dem Arbeitsvorgang (OP10 und OP30), bei welchem die Platine (Werkstück 4) zumindest teilweise U-förmig umgeformt wird, mindestens ein Verstärkungselement 6 in den zumindest teilweise U-förmig umgeformten Abschnitt 4.2 des Werkstücks 4 eingesetzt und innenseitig mit demselben stoffschlüssig verbunden, vorzugsweise verschweißt wird. Anschließend wird mindestens ein weiterer Arbeitsvorgang (OP50) durchgeführt, bei dem das im Querschnitt betrachtet U-förmig umgeformte Werkstück 4 zu einem rohrbogenförmigen Hohlkörper 5 umgeformt wird.
Wie in Fig. 4 gezeigt, kann das mindestens eine Verstärkungselement 6 beispielsweise ringförmig, insbesondere ringscheibenförmig ausgebildet sein. Weitere Ausführungsbeispiele des mindestens einen Verstärkungselements 6 sind in den Figuren 5 bis 8 skizziert. Das Verstärkungselement 6 ist in Bezug auf die Innenkontur des rohrförmigen Hohlkörpers 5 derart ausgebildet, dass es im fertigen Zustand des rohrförmigen Hohlkörpers 5 beispielsweise entlang mindestens 30%, vorzugsweise mindestens 40%, besonders bevorzugt mindestens 50% seiner Außenkontur mit der Innenkontur des Hohlkörpers 5 stoffschlüssig verbunden ist oder daran zumindest berührend anliegt.
Das mindestens eine Verstärkungselement 6 wird vorzugsweise in den U-förmig umgeformten und somit rinnenförmigen Abschnitt 4.2 des Werkstücks 4 eingesetzt und innenseitig mit demselben stoffschlüssig verbunden, nachdem die sich an den rinnenförmigen Abschnitt 4.2 anschließenden, seitlich vorstehenden Seitenabschnitte 4.1 hochgestellt, d.h. nach oben gebogen wurden.
Es liegt jedoch auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung, das mindestens eine Verstärkungselement 6 bereits in den rinnenförmigen Abschnitt 4.2 des Werkstücks 4 einzusetzen und innenseitig mit demselben stoffschlüssig zu verbinden, bevor die seitlich vorstehenden Seitenabschnitte 4.1 nach oben gebogen werden.
Nachdem das Verstärkungselement 6 mit der Innenseite des rinnen- bzw. U-förmig umgeformten Werkstücks 4 stoffschlüssig verbunden wurde, wird das Werkstück 4 weiter zu einem rohrförmigen Hohlkörper (Rohrkörper) 5 umgeformt. Anschließend werden die beiden Längskanten (Stoßkanten) 4.3 des Werkstücks 4 miteinander verschweißt, so dass der Schlitz oder Kantenstoß 4.4 vorzugsweise vollständig durch die Schweißnaht 4.5 geschlossen wird.
Bei dem in Fig. 4 skizzierten Ausführungsbeispiel ist das Verstärkungselement 6 derart ausgeführt bzw. bemessen, dass es nach der O-Umformung des im Querschnitt betrachtet U-förmigen Werkstücks 4, bei welcher das Werkstück 4 zu einem rohrförmigen Querschnitt umgeformt wird, mit der Innenseite des Hohlkörpers (Rohrkörper) 5 eine Durchgangsöffnung 7 begrenzt, die im Bereich des Schlitzes oder Kantenstoßes 4.4 liegt.
Nach dem Einsetzen des mindestens einen Verstärkungselements 6 und vor dem Verschweißen desselben mit der Innenseite des U-förmig umgeformten Werkstücks 4 wird das umgeformte Werkstück 4 vorzugsweise einem zusätzlichen Kalibriervorgang unterzogen.
In den Figuren 5a und 5b sind Arbeitsschritte einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens skizziert, bei der das mindestens eine Verstärkungselement 6' bzw. mindestens eines der Verstärkungselemente 6' derart ausgeführt bzw. bemessen, dass nach der O-Umformung des im Querschnitt betrachtet U-förmigen Werkstücks 4 der rohrförmige Hohlkörper 5 entlang seiner Innenkontur vollständig an der Außenumfangskontur 6.1 des Verstärkungselements 6' anliegt. Vor der O-Umformung wird das Verstärkungselement 6' mit der Innenseite des rinnenförmigen Werkstücks 4 stoffschlüssig verbunden, vorzugsweise verschweißt. Die stoffschlüssige Verbindung bzw. Schweißnaht erstreckt sich beispielsweise entlang etwa 50 bis 60% des Außenumfangskontur des Verstärkungselements 6'. Die stoffschlüssige Verbindung des Verstärkungselements 6' mit der Innenseite des Werkstücks 4 kann als einzelne kontinuierliche Verbindungs- bzw. Schweißnaht 8 ausgeführt sein oder mehrere Verbindungs- bzw. Schweißnähte umfassen. Zudem wird die Außenkontur des Verstärkungselements 6' an den einander zugewandten Stoßkanten 4.3 des rohrförmigen Werkstücks 4 mit den Stoßkanten 4.3 verschweißt.
Fig. 6 zeigt einen rohrbogenförmigen Hohlkörper 5, der ein innenseitig angeschweißtes Verstärkungselement 6' aufweist und gemäß der in den Figuren 5a und 5b skizzierten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt werden kann.
In den Figuren 7c, 7e und 7f sind verschiedene Ausführungsbeispiele des mindestens einen an das U-förmig umgeformte Werkstück 4 innenseitig anzuschweißende Verstärkungselements 6, 6' dargestellt. Das Verstärkungselement kann beispielsweise in Form einer ringförmigen Blechscheibe 6'ausgebildet werden, die an ihrer Durchgangsöffnung 6.2 einen umlaufenden Kragen 6.3 aufweist (Fig. 7c). Die Durchgangsöffnung 6.2 ist kreisrund ausgeführt.
Das in den Fig. 7c gezeigte Verstärkungselement 6' ist so bemessen, dass nach der O-Umformung des im Querschnitt betrachtet U-förmigen Werkstücks 4 der rohrförmige Hohlkörper 5 entlang seiner Innenkontur vollständig an der Außenumfangskontur 6.1 des Verstärkungselements 6' anliegt. Die in den Figuren 7e und 7f gezeigten Verstärkungselemente 6 sind dagegen so bemessen, dass nach der O-Umformung des im Querschnitt betrachtet U-förmigen Werkstücks 4 der rohrförmige Hohlkörper 5 entlang seiner Innenkontur nur teilweise an der Außenumfangskontur 6.1 des Verstärkungselements 6 anliegt, wobei das Verstärkungselement 6 mit der Innenseite des Hohlkörpers 5 eine Durchgangsöffnung 7 begrenzt, die im Bereich des Schlitzes oder Kantenstoßes 4.4 liegt (vgl. Fig. 4).
Das in Fig. 7f gezeigte Verstärkungselement 6 weist zwei Durchgangsöffnungen 7 auf, die durch eine Querstrebe 6.4 voneinander getrennt sind. Die in den Fig. 7g und 7h gezeigten Verstärkungselemente 6 sind als U-förmige oder bügelförmige Blechscheiben ausgeführt, wobei das Verstärkungselement 6 gemäß Fig. 7h am Innenumfang einen Kragen 6.3 aufweist.
Der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren unter Anwendung einer U-O-Formung hergestellte Rohrkörper 5 kann insbesondere auch in der Weise hergestellt werden, dass in die zugeschnittene Blechplatine eine Rinne 3 geformt wird, deren längliche oder axiale Rinnengrundlinie konvex oder sowohl konvex als auch konkav verläuft. In Fig. 8 ist beispielhaft ein solcher bogenförmiger Rohrkörper 5' dargestellt.
Zur Herstellung eines solchen rohrbogenförmigen Hohlkörpers 5' werden nach der Formung der Rinne 3 die seitlich vorstehenden Seitenabschnitte 4.1 des Werkstücks 4 hochgestellt (vgl. Fig. 4 sowie Fig. 5a). Anschließend werden beispielsweise drei Verstärkungselemente 6' in das im Querschnitt betrachtet U-förmige Werkstück 4 eingesetzt und innenseitig mit demselben verschweißt. Die Verstärkungselemente 6' werden dabei so positioniert, dass ein erstes Verstärkungselement 6' in einem ersten, im Wesentlichen geraden Abschnitt des umgeformten Werkstücks 4 angeordnet ist, ein zweites Verstärkungselement 6' in einem Übergangsbereich zwischen dem konvex gebogenen und dem konkav gebogenen Rinnenabschnitt angeordnet ist, und das dritte Verstärkungselement 6' in einem zweiten, im Wesentlichen geraden Rinnenabschnitt des umgeformten Werkstücks 4 angeordnet ist. Das erste und das dritte Verstärkungselement 6' werden dabei vorzugsweise mit sehr geringem Abstand von dem konvex bzw. konkav gebogenen Rinnenabschnitt angeordnet.
Die in das rinnen- bzw. U-förmig umgeformte Werkstück 4 eingesetzten Verstärkungselemente 6, 6' können unterschiedlich ausgebildet sein, vorzugsweise unterschiedliche Außenumfangskonturen aufweisen. Insbesondere liegt es im Rahmen der vorliegenden Erfindung mindestens zwei verschiedene Verstärkungselemente 6, 6' der in den Fig. 7c, 7e und 7f gezeigten Verstärkungselemente 6,6' in das rinnen- bzw. U-förmig umgeformte Werkstück 4 einzusetzen und vor der O-Umformung des Werkstücks 4 innenseitig mit dem rinnen- bzw. U-förmig umgeformten Werkstück 4 zu verschweißen.
Bei einem Fahrwerksbauteil gemäß Fig. 1 oder Fig. 2 ist das mindestens eine Verstärkungselement 6 vorzugsweise in dem gebogenen rohrförmigen Lenkerarm 1.1 im Bereich des angebundenen Querträgers 1.2 bzw. in dem gebogenen rohrförmigen Querträger 2.2 im Bereich des angebundenen Seitenträgers 2.1 angeordnet.
Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf die in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr sind zahlreiche Varianten denkbar, die auch bei von den gezeigten Beispielen abweichender Gestaltung von der in den Ansprüchen angegebenen Erfindung Gebrauch machen.

Bezugszeichenliste

1: Fahrwerksbauteil, z.B. Verbundlenker-Hinterachse
1.1: Lenkerarm
1.2: Querträger
1.3: Konsolblech
1.4: Querstrebe
1.5: Gelenkbuchse
1.6: Verbindungsflansch
2: Hilfsrahmen, z.B. Hinterachs-Hilfsrahmen
2.1: Seitenträger
2.2: vorderer Querträger
2.3: hinterer Querträger
3: Rinne
4: umgeformte Blechplatine / Werkstück
4.1: Seitenabschnitte (Schenkel)
4.2: rinnenförmiger Abschnitt
4.3: Stoßkanten (Längskanten)
4.4: Schlitz / Kantenstoß
4.5: Schweißnaht
5, 5': rohrförmiger Hohlkörper (Rohrkörper)
6, 6`, 6": Verstärkungselement
6.1: Außenumfangskontur
6.2: Durchgangsöffnung
6.3: Kragen
6.4: Querstrebe
7: Durchgangsöffnung
8: Schweißnaht
OP10: Arbeitsschritt "Rinne formen"
OP30: Arbeitsschritt "Seitenabschnitte hochstellen"
OP40: Arbeitsschritt "Verstärkungselement einsetzen und innenseitig anschweißen"
OP50: Arbeitsschritt "O-Formen"
OP70: Arbeitsschritt "Schweißen von 4.4"

Claims

Verfahren zur Herstellung eines rohrbogenförmigen Hohlkörpers (5, 5') aus einer zugeschnittenen metallischen Platine, bei welchem der Hohlkörper (5, 5') aus der Platine unter Anwendung einer U-O-Umformung hergestellt wird, so dass der Hohlkörper (5, 5') nach der U-O-Umformung der Platine einen Schlitz oder Kantenstoß (4.4) entlang zweier Stoßkanten (4.3) der umgeformten Platine aufweist, wobei nach einem Arbeitsvorgang (OP10, OP30), bei welchem die Platine zumindest teilweise U-förmig umgeformt wird, mindestens ein Verstärkungselement (6, 6') in einen zumindest teilweise U-förmig umgeformten Abschnitt der umgeformten Platine (4) eingesetzt und innenseitig mit demselben stoffschlüssig verbunden, vorzugsweise verschweißt wird, und dass nachfolgend mindestens ein weiterer Arbeitsvorgang (OP50) durchgeführt wird, bei dem die U-förmig umgeformte Platine (4) zu dem rohrbogenförmigen Hohlkörper (5, 5') umgeformt wird, wobei vor und/oder während des Arbeitsvorgangs (OP10), bei welchem die Platine zumindest teilweise U-förmig umgeformt wird, ein Biegen der Platine erfolgt, so dass die zumindest teilweise U-förmig umgeformte Platine eine Rinne (3) definiert, deren längliche Rinnengrundlinie bogenförmig ausgebildet ist, wobei das Biegen der Platine derart durchgeführt wird, dass die zumindest teilweise U-förmig umgeformte Platine eine Rinne (3) definiert, deren längliche Rinnengrundlinie zumindest abschnittsweise konvex ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Verstärkungselement (6, 6') ein platten- oder scheibenförmig sowie ringförmig ausgebildetes Verstärkungselement (6, 6') ist, welches mindestens eine Querstrebe (6.4) und/oder einen Kragen (6.3) aufweist, wobei das mindestens eine Verstärkungselement (6, 6') zumindest in den konvex ausgebildeten Rinnenabschnitt eingesetzt und innenseitig mit demselben stoffschlüssig verbunden, vorzugsweise verschweißt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die den Schlitz oder Kantenstoß (4.4) definierenden Stoßkanten (4.3) des rohrförmigen Hohlkörpers (5, 5') durch Schweißen, vorzugsweise Metall-Aktivgas-Schweißen oder Laserstrahlschweißen miteinander verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Verstärkungselement (6', 6") derart ausgeführt wird, dass der rohrbogenförmige Hohlkörper (5, 5') im Querschnitt betrachtet entlang seiner Innenkontur vollständig an der Außenumfangskontur des Verstärkungselements (6') anliegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Verstärkungselement (6) derart ausgeführt wird, dass der rohrbogenförmige Hohlkörper (5, 5') im Querschnitt betrachtet entlang seiner Innenkontur teilweise an der Außenumfangskontur des Verstärkungselements (6) anliegt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Verstärkungselement (6) mit der Innenseite des Hohlkörpers (5, 5') eine Durchgangsöffnung (7) begrenzt, die im Bereich des Schlitzes oder Kantenstoßes (4.4) liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei solche Verstärkungselemente (6, 6') in den zumindest teilweise U-förmig umgeformten Abschnitt der umgeformten Platine (4) eingesetzt und innenseitig mit demselben stoffschlüssig verbunden, vorzugsweise verschweißt werden, wobei die mindestens zwei Verstärkungselemente (6, 6') vorzugsweise unterschiedlich ausgebildet sind, vorzugsweise unterschiedliche Außenumfangskonturen (6.1) aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Einsetzen des mindestens einen Verstärkungselements (6, 6') und vor dem stoffschlüssigen Verbinden, vorzugsweise Verschweißen, des Verstärkungselements (6, 6') mit dem zumindest teilweise U-förmig umgeformten Abschnitt der Platine (4) ein Kalibrieren des umgeformten Abschnitts durchgeführt wird.
Fahrwerks- oder Karosseriebauteil (1, 2) mit einem gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 hergestellten rohrbogenförmigen Hohlkörper (5, 5').