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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Herstellung eines Doppelkammerhohlprofils gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruches 1.
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Ein gattungsgemäßes Verfahren ist aus der
DE 199 09 924 C2 bekannt.
In dieser ist ein Verfahren zum Innenhochdruckumformen eines Hohlprofils in
einem Umformwerkzeug entnehmbar, bei der das Hohlprofil in Form
eines Doppelkammerhohlprofils ausgebildet ist. Als Doppelkammerhohlprofil
wird ein Strangpressprofil verwandt, dessen parallel zueinander
verlaufende röhrenförmige Hohlräume, die
von einer Trennwand voneinander geteilt sind, die Kammern bilden.
Die die Kammern umgebenden Wandungen sowie die zwischenliegende
Trennwand sind miteinander stoffschlüssig, d. h. einstückig miteinander
verbunden. Das derart ausgestaltete Strangpressprofil wird in ein
Innenhochdruckumformwerkzeug eingelegt, wonach in beiden Kammern
ein Innenhochdruck ausgeübt
wird, mittels dessen die Wandungen des Doppelkammerhohlprofils aufgeweitet werden.
Die Aufweitung erfolgt so lange, bis die Wandungen an der Gravur
des Umformwerkzeuges zur Anlage kommen. Die Trennwand jedoch bildet
bei der Aufweitung eine Art Zuganker auf die angrenzenden Wandungen,
wodurch es in diesem Bereich beim aufgeweiteten Doppelkammerhohlprofil
zu Einfallstellen kommt. Gleichzeitig wird die Trennwand gelängt und
deren Wandstärke
dabei verrin gert. Je nach Aufweitvermögen des Hohlprofilmaterials
und nach dem bei der Aufweitung zu erreichenden Umformgrad kann
es zu Reißern
in der Trennwand als auch in den Bereichen kommen, in denen die
Wandungen der Kammern unmittelbar an die Trennwand angrenzen. Da
dies zumeist während
des Aufweitprozesses geschieht, ist die gewünschte Kontur und der gewünschte Querschnitt
des auszubildenden Doppelkammerhohlprofils nicht erzielbar, so dass das
teilumgeformte Hohlprofil als Ausschussteil verschrottet werden
muss.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
gattungsgemäßes Verfahren
dahingehend weiterzubilden, dass in relativ einfacher Weise eine
prozesssichere Herstellung eines Doppelkammerhohlprofils ermöglicht wird.
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Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch
die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
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Aufgrund dessen, dass die Herstellung
des Doppelkammerhohlprofils durch Biegen eines einzigen rohrförmigen Hohlprofilrohlings
erfolgt und dadurch aufwendige Strangpresswerkzeuge entfallen können, ist
das erfindungsgemäße Verfahren
besonders einfach auszuführen.
Auch kann das Aufweiten mittels fluidischen Innenhochdrucks prozesssicher und
damit ohne Probleme vonstatten gehen, da die Trennwand nicht wie
gewohnt aus einer Wandungslage, sondern nun vollkommen neuartig
aus zwei Wandungslagen besteht, die aus dem Biegevorgang heraus
resultieren. Dadurch verliert die Trennwand die Funktion eines Zugankers,
die der freien Aufweitbarkeit des Hohlprofils entgegenwirken könnte. Somit
kann der Hohlprofilrohling schadensfrei bis zur vollständigen Anlage
seiner Wandungen an der Gravur des Umformwerkzeuges aufgeweitet
werden. Hierbei sind auch höhere
Umformgrade erreichbar. Da das eine Ende des Doppelkammerhohlprofils
aufgrund des Biegungsabschnitts ge schlossen ist, ist die Abdichtung
des Hohlprofils während
des Innenhochdruckumformprozesses wesentlich vereinfacht, weil nur
am offenen Ende des Hohlprofils abgedichtet werden muss, wodurch
gleichzeitig der apparative Aufwand für das Innenhochdruckumformen
verringert wird. Aufgrund des geschlossenen Endes wird in einfacher
Weise dem Hohlprofil ein erhöhter
Korrosionsschutz gegeben, da zumindest zu diesem Ende keine Feuchtigkeit
in das Hohlprofil eindringen kann. Dadurch kann das fertiggeformte
Hohlprofil im Zusammenbau mit anderen Teilen vorteilhafter Weise mit
dem geschlossenen Ende gerade an feuchtigkeitsexponierten Stellen
des Zusammenbaus eingesetzt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann
beispielsweise bei der Herstellung eines Rahmens oder Trägers im
Kraftfahrzeugbau Anwendung finden.
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In einer bevorzugten Weiterbildung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
nach Anspruch 2 wird der Hohlprofilrohling um eine Querachse zu
seiner Längserstreckung
gebogen. Die Biegung des Rohlings um die Querachse stellt eine besonders
einfache und prozesssichere Variante der Erfindung dar, bei der
die beiden Teilstränge
aufeinander zu liegen kommen.
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In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der
Erfindung nach Anspruch 3 wird beim Biegen ein länglicher Körper durch die beiden Teilstränge des Hohlprofilrohlings
umschlungen. Dieser Körper
kann dabei in vorteilhafter Weise gleichzeitig als Biegedorn und
als Anbauteil dienen, welches in der Umschlingung ggf. schon aus
dem Biegevorgang heraus mit dem Doppelkammerhohlprofil unter Bildung
einer Presspassung gefügt
ist. Diese Presspassung kann auch infolge der Wirkung des fluidischen
Innenhochdrucks beim Aufweitvorgang des Doppelkammerhohlprofils
erreicht werden. Somit kann beim Zusammenbau von Bauteilen mit der
erfindungsgemäßen Weiterbildung auf
separate in anderen Arbeitsstationen nachfolgende aufwendige Fügeoperationen
wie Schweißen
usw. verzichtet werden. Alternativ dazu kann der Körper auch
so von den Teilsträngen
des Hohlprofilrohlings umschlungen sein, dass der Körper vor
oder nach der Innenhochdruckumformung aus der Einfassung der beiden
Teilstränge
herausgezogen werden kann. Das dabei am Doppelkammerhohlprofil entstehende
Auge kann anschließend
in vielfältiger
Weise von Nutzen sein. Beispielsweise kann das Auge als Einhängeöse dienen
oder als einfache Durchführung
für Anbauteile,
Kabel oder medienführende
Leitungen Anwendung finden. Der Körper kann nach Art einer Stange
aus Vollmaterial bestehen oder als umfänglich geschlossenes Hohlprofil ausgebildet
sein. Im Falle eines Hohlprofils kann dieses während des Biegevorgangs und
des Innenhochdruckumformvorgangs mit einem flüssigen oder festen Medium befüllt sein
um Quetschungen an ihm zu vermeiden.
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In einer weiteren, besonders bevorzugten Weiterbildung
der Erfindung nach Anspruch 4 wird der Hohlprofilrohling mit einem
Ende um eine 45° zu seiner
Längserstreckung
liegende Achse gebogen und mit dem anderen Ende um eine spiegelsymmetrisch
zu dieser Achse liegende Achse zurückgebogen, wobei die einander
zugewandten Wandungen der dabei entstandenen Teilstränge des
Hohlprofilrohlings entlang der Mittenquerachse des Rohlings verlaufen.
Durch die dabei erfolgende Doppelbiegung des Hohlprofilrohlings
wird ein Doppelkammerhohlprofil geschaffen, dessen Teilstränge nicht
aufeinander, sondern nebeneinander zur Anlage kommen. Aufgrund der
verfahrensbedingt sehr flachen Ausbildung des geschlossenen Endes
des erzeugten Doppelkammerhohlprofils kann dieses Ende als Auflage,
Konsole oder bei Perforierung des flachen Abschnitts als Aufnahme
dienlich sein.
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In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der
Erfindung nach Anspruch 5 wird der Hohlprofilrohling vor dem Biegevorgang
mit einem flüssigen oder
festen Medium befüllt.
Dadurch wird erreicht, dass Falten oder Einknickungen, die beim
Biegevorgang entstehen können,
weitgehend verhindert werden. Zumindest das feste Medium wird dann
nach dem Biegevorgang aus dem Hohlprofilrohling herausgelöst. Zweckdienlicherweise
kann das flüssige Medium
für den
weiteren Innenhochdruckumformvorgang als Druckfluid verwendet werden,
so dass bei diesem Vorgang eine neuerliche Befüllung des Hohlprofilrohlings
zeitsparend und unter Verringerung des apparativen Aufwandes dafür entfallen
kann.
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In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der
Erfindung nach Anspruch 6 werden die beiden gegenüberliegenden
Wandungen der beiden Teilstränge
vor dem Innenhochdruckumformen mit einem Klebstoff oder einem Lot
beschichtet. Durch die Beschichtung mit Klebstoff oder einem Lot
können die
beiden Teilstränge
nach dem Innenhochdruckumformen mittels einer Wärmebehandlung unverrückbar miteinander
verbunden werden. Bei der Beschichtung mit einem Klebstoff ist es
auch denkbar, dass dieser schon während des Biegevorgangs aktiviert
ist, so dass bei Anlage der beiden Teilstränge aneinander bereits die
Verklebung erfolgt.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der
Erfindung wird vor dem Innenhochdruckumformen zumindest einer der
beiden Teilstränge
an der dem anderen Teilstrang gegenüberliegenden Wandung unter
Bildung eines oder mehrerer Formschlusselemente eingeprägt. Gegenüberliegend
an entsprechender Stelle werden an der zugewandten Wandung des anderen
Teilstranges Gegenformschlusselemente ausgebildet. Mit der Einprägung der Formschlusselemente
und der Ausbildung der Gegenformschlusselemente, welche so platziert
sind, dass sie exakt einander gegenüberliegen, wird eine formschlüssige Verbindung
zwischen den beiden Teilsträngen
des Hohlprofils geschaffen, indem die Formschlusselemente in die
Gegenformschlusselemente bzw. umgekehrt nach dem Biegevorgang, insbesondere
nach dem Innenhochdruckumformvorgang, ineinander greifen. Dabei
wird verhindert, dass die Teilstränge infolge einer mechanischen
Belastung seitlich auseinander scheren. Es ist bei der Ausbildung
der Gegenformschlusselemente vorteilhaft, diese durch das Innenhochdruckumformen
gleichzeitig zur Aufweitung des Hohlprofilrohlings erfolgen zu lassen,
welche dabei aus der Wandung heraus in die Formschlusselemente hinein
ausgeformt werden. Somit wird zur Ausgestaltung der Gegenformschlusselemente
in verfahrensökonomischer
Weise der Innenhochdruckumformprozess für zwei verschiedene Zwecke
ausgenutzt. Es ist aber auch gleichermaßen denkbar, die Gegenformschlusselemente
in jeder Herstellungsphase des Doppelkammerhohlprofils auszuprägen. Um
einen festen Halt der beiden Teilstränge des Hohlprofilrohlings
aneinander in jedweder Richtung zu erhalten, ist es günstig, die
Formschlusselemente und die Gegenformschlusselemente so auszubilden,
dass beide Elementenarten Hinterschneidungen aufweisen. Aufgrund
dessen können
dann die Gegenformschlusselemente in die Formschlusselemente unter
mehr oder minder leichtem mechanischem Druck ineinander geknöpft werden.
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In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der
Erfindung nach Anspruch 8 werden die beiden Teilstränge vorzugsweise
während
des Innenhochdruckumformens an den einander abgewandten Wandungen
gelocht. Anschließend
werden die einander zugewandten Wandungen der beiden Teilstränge mittels
eines durch das jeweilige Loch hindurchgeführten Stempels und einer am
jeweils anderen Teilstrang ebenfalls durch das dortige Loch hindurchgeführten Matrize
durchsetzgefügt.
Durch das Durchsetzfügen
werden die beiden Teilstränge
ebenfalls fest anein ander verankert. Dieses Fügeverfahren kann nach dem Innenhochdruckumformvorgang bei
bestehendem Innenhochdruck innerhalb des Innenhochdruckumformwerkzeuges
abfolgen, wobei durch den herrschenden hohen Stützdruck keine Einfallstellen
im Bereich der gestanzten Löcher
entstehen. Das Lochen und Durchsetzfügen des Doppelkammerhohlprofils
kann auch in einem nachfolgenden Arbeitsgang außerhalb des Innenhochdruckumformwerkzeuges
geschehen.
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Im Folgenden ist die. Erfindung anhand
mehrerer in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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Dabei zeigt:
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1 in
einer Seitenansicht einen rohrförmigen
Hohlprofilrohling für
eine erfindungsgemäße Herstellung
eines Doppelkammerhohlprofils,
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2 in
einer perspektivischen Seitenansicht den Hohlprofilrohling aus 1 nach erfolgtem Biegevorgang
um eine Querachse zur Längserstreckung
des Hohlprofilrohlings,
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3 in
einer seitlichen Perspektive ein nach einem erfindungsgemäßen Verfahren
fertig ausgebildetes Doppelkammerhohlprofil mit gelochten und durchsetzgefügten Teilsträngen,
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4 in
einer perspektivischen Ansicht ausschnittsweise das offene Ende
eines nach einem erfindungsgemäßen Verfahren
fertig umgeformten Doppelkammerhohlprofils mit in einem der Teilstränge eingeprägten Formschlusselement
und im anderen Teilstrang ausgebildeten Gegenformelement,
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5 in
einer seitlichen Perspektive ausschnittsweise ein erfindungsgemäß hergestelltes Doppelkammerhohlprofil
mit Umschlingung eines länglichen
Körpers,
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6 in
einer perspektivischen Ansicht der Hohlprofilrohling aus 1 mit einem um eine 45° zu seiner
Längserstreckung
liegenden Achse gebogenen Ende,
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7 in
einer Draufsicht den Hohlprofilrohling aus 6, dessen anderes Ende um eine spiegelsymmetrisch
zu der 45°-Achse
liegende Achse zurückgebogen
ist,
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8 in
einer perspektivischen Ansicht ein nach einem erfindungsgemäßen Verfahren
fertiggeformtes Doppelkammerhohlprofil mit einer Biegung des Hohlprofilrohlings
aus 6 und 7.
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In 1 ist
ein rohrförmiger
hohlzylindrischer Hohlprofilrohling 1 dargestellt, der
geradlinig verläuft
und als Ausgangsbasis zur Herstellung eines Doppelkammerhohlprofils 2 dient.
Der mit einem kreiszylindrischen Querschnitt versehene Hohlprofilrohling 1 weist
mit seinem Inneren einen einzigen Hohlraum 3 auf. Zur Herstellung
des Doppelkammerhohlprofils 2 wird nun der Hohlprofilrohling 1 gemäß 2 um eine Querachse 4 zu
dessen Längserstreckung
zu zwei Teilsträngen 5 und 6 zurückgebogen, bis
diese zumindest nahezu parallel zueinander verlaufen, d. h. der
Hohlprofilrohling 1 ist mit seinem einen Ende 7 um
nahezu 180° zurückgebogen
worden. Vor dem Biegevorgang ist der Hohlprofilrohling 1 an den
Stellen mit einer Schicht 8 aus einem Klebstoff oder einem
Lot versehen worden, die sich nach dem Biegen an den einander zugewandten
Wandungen 9 und 10 der Teilstränge 5 und 6 befinden.
Der gebogene Hohlprofilrohling 1 wird nun in ein Innenhochdruckumformwerkzeug
eingelegt, welches anschließend
geschlossen wird. Beim Schließen
des Innenhochdruckumformwerkzeuges werden die beiden Teilstränge 5 und 6 aneinandergepresst,
so dass bei Wahl eines geeigneten Klebstoffes, der bereits bei Raumtemperatur
seine Haftungseigenschaften entwickelt, die beiden Teilstränge 5 und 6 miteinander verklebt
werden. Durch die Presslage der beiden Teilstränge 5 und 6 nimmt
der gebo gene Hohlprofilrohling 1 bereits eine Vorform des
auszubildenden Doppelkammerhohlprofils 2 ein. Hierbei ist
es auch denkbar, dass der gebogene Hohlprofilrohling 1 während des
Schließvorganges
gequetscht wird, so dass die erwähnte
Vorform grob angenähert
den gewünschten
rechteckigen Querschnitt der beiden Teilstränge 5 und 6 des
Doppelkammerhohlprofils 2 erhält.
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Nun werden die Kammern 11 und 12 der
Enden 7 und 13 der Teilstränge 5 und 6 mittels
eines geeignet ausgebildeten Axialstempels abgedichtet, wonach über den
Axialstempel ein fluidischer Innenhochdruck erzeugt wird, der den
gebogenen Hohlprofilrohling 1 so weit auf weitet, bis dessen
Wandungen 14, die auch die einander abgekehrten Wandungen 15 umfassen,
allseitig an der Gravur des Umformwerkzeuges anliegen. Die einander
zugewandten Wandungen 9 und 10 der Teilstränge 5 und 6 werden
durch den fluidischen Hochdruck aneinander gepresst, derart, dass
die beiden Teilstränge 5 und 6 nach
Entnahme des Doppelkammerhohlprofils 2 aus dem Innenhochdruckumformwerkzeug
nicht mehr voneinander zurückspringen
können
und somit aneinander liegen bleiben. Das den Innenhochdruck auf den
Hohlprofilrohling 1 übertragende
Druckfluid wird nach vollendeter Umformung entspannt und aus den Kammern 11 und 12 herausgeleitet.
Schließlich
wird das Innenhochdruckumformwerkzeug geöffnet und das fertiggeformte
Doppelkammerhohlprofil 2 diesem entnommen. Das so ausgeformte
Doppelkammerhohlprofil 2 ist aus 3 ersichtlich.
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Alternativ oder zusätzlich zu
dem Verkleben der beiden Teilstränge 5 und 6 können deren
Wandungen 9 und 10 miteinander durchsetzgefügt werden.
Hierzu ist es erforderlich, dass an den einander abgewandten Wandungen 15 Löcher 16 gestanzt werden,
um die Wandungen 9 und 10 zum Durchsetzfügen zugänglich zu
machen. Um Einfallstellen an den Wandungen 15 zu vermei den,
kann das Lochen und das Durchsetzfügen während des noch bestehenden
Innenhochdruckes nach der Aufweitung des Hohlprofilrohlings 1 im
Innenhochdruckumformwerkzeug erfolgen. Um den Verfahrensablauf des Durchsetzfügens und
des Lochens zu vereinfachen, kann der eine Lochstempel an seiner
Stirnseite eine Matrize aufweisen, während der gegenüberliegende Lochstempel
an seiner Stirnseite so ausgebildet ist, dass er das Hohlprofilrohlingsmaterial
der beiden Wandungen 9 und 10 in die Matrize des
anderen Stempels hineinverdrängen
kann. Durch das Durchsetzfügen
entstehen dabei noppen- oder rinnenförmige Erhebungen 17,
die vorteilhafter, jedoch verfahrensbedingter Weise Hinterschneidungen
aufweisen, so dass die beiden Teilstränge 5 und 6 durch
den beim Durchsetzfügen
erreichten Formschluss nahezu unlösbar miteinander verbunden
sind. Zusätzlich oder
alternativ ist es des Weiteren denkbar, in zumindest eine der beiden
Teilstränge 5 und 6 – beispielsweise
in den Teilstrang 6 – ein
rinnenförmiges
Formschlusselement 18 einzuprägen. Infolge der Aufweitung
des Hohlprofilrohlings 1 während des innenhochdruckbedingten
Aufweitprozesses wird die Wandung 9 des Teilstrangs 5 unter
Bildung eines formidentischen Gegenformschlusselementes 19 in
das Formschlusselement 18 aufgeweitet. Hierdurch wird zumindest
ein seitlicher Halt der Teilstränge 5 und 6 aneinander
erreicht, wie es aus 4 zu
ersehen ist.
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Am Hohlprofilrohling 1 kann
beim Biegevorgang ein länglicher
Körper 20,
hier in Form eines länglichen
Rohres, angeordnet sein, welcher durch den Biegevorgang durch die
beiden Teilstränge 5 und 6 des
Hohlprofilrohlings 1 umschlungen wird. Bei dem Innenhochdruckumformprozess
formt sich der Hohlprofilrohling 1 mit seinen Teilsträngen 5 und 6 am
Körper 20 ab,
wodurch jeder Teilstrang 5 und 6 eine Aussparung 21 mit
halbkreisförmigem
Querschnitt erhält.
Es ist dabei alternativ denkbar, dass zur Schonung des Körpers 20 vor
einer allzu starken Quetschung beim Biegevorgang des Hohlprofilrohlings 1 der
Hohlprofilrohling 1 an geeigneter Stelle unter Ausbildung
der Aussparungen 21 bereits eingeformt ist. Es ist gleichermaßen auch
denkbar, dass der Körper 20 während des
Innenhochdruckumformprozesses an einen separaten Hochdruckkreislauf angeschlossen
ist, über
den der Körper 20 von
innen mit einem gespannten Druckfluid gegen den von außen einwirkenden,
im Hohlprofilrohling 1 herrschenden Innenhochdruck abgestützt ist
und dabei seine Form und Kontur beibehält. Des Weiteren kann auch der
Hohlprofilrohling 1 vor dem Biegevorgang mit einem flüssigen oder
festen Medium befüllt
werden, wonach dieser nach abgeschlossenem Biegevorgang seine Querschnittsform
und Kontur im Wesentlichen ungeändert
behält
(5).
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Eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist aus den 6 bis 8 entnehmbar. Hier wird deren
Hohlprofilrohling 1 mit einem Ende 7 um eine 45° zu seiner
Längserstreckung
liegenden Achse 22 gebogen, wodurch der Teilstrang 23 entsteht,
der rechtwinklig zur Längsachse 24 des
restlichen Hohlprofilrohlings 1 absteht. Alsdann wird das
andere Ende 13 des Hohlprofilrohlings um eine spiegelsymmetrisch
zu der Achse 22 liegende Achse 25 zurückgebogen,
wodurch ein zweiter Teilstrang 26 entsteht, der neben dem
Teilstrang 23 zu liegen kommt. Die einander zugewandten
Wandungen 27 und 28 der entstandenen Teilstränge 23 und 26 verlaufen
dabei entlang der Mittenquerachse 29 des Hohlprofilrohlings 1 (7). Nach dem Umformen mittels
der Innenhochdruckumformtechnik wird das Doppelkammerhohlprofil 30 mit
rechteckigem Kammerquerschnitt gemäß 8 erreicht. Durch die besondere Art der
Biegetechnik, die vieles mit einer Falttechnik gemein hat, ist das
Doppelkammerhohlprofil 30 an seinem geschlossenen Ende 31 flach
und spitz zulaufend ausgebildet. Wie zudem 8 andeutet, ist das Ende 31 des
Hohlprofils 30 von oben nach unten abgeschrägt. Es sei
im Übrigen
angemerkt, dass die beim ersten Ausführungsbeispiel erwähnten Fügetechniken
in gleicher Weise auch bei diesem Ausführungsbeispiel Verwendung finden
können.