Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mittels Innenhochdruck-Umformen

Abstract

 Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils (20, 40) mittels Innenhochdruck-Umformen aus einem Rohr mit mindestens einem Abschnitt unterschiedlicher Wanddicke. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß ein zusammengesetztes Rohr (10, 30) verwendet wird, wobei auf ein Innenrohr (11; 31) mit gleichmäßiger Wanddicke zur Erzeugung des mindestens einen Abschnitts unterschiedlicher Wanddicke mindestens ein äußerer Rohrabschnitt (12; 32, 33, 34) aufgeschoben wird und daß die Teile (11, 12; 31, 32, 33, 34) durch den Formgebungsprozeß fest miteinander verbunden werden. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein derartiges Rohr.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils mittels Innenhochdruck-Umformen aus einem Rohr mit mindestens einem Abschnitt unterschiedlicher Wanddicke. Die vorliegende Erfindung trifft ferner ein derartiges Rohr.

[0002] Für den Innenhochdruck-Umformprozeß (IHU) werden üblicherweise Rohre als Halbzeuge eingesetzt. Im Automobilbau erfordern belastungsgerecht dimensionierte Bauteile oft eine abgestufte Wanddicke. Um diese Forderung zu erfüllen, müssen für den IHU-Prozeß diese Rohre in abgestufter Wanddicke hergestellt werden.

[0003] Aus der DE 196 04 357 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen von Rohren mit Abschnitten unterschiedlicher Wanddicke aus einem anfangs ebenen Blech bekannt, bei dem zunächst eine gezielte walzende Verformung des Blechs mit in Walzrichtung bereichsweise wechselnden Blechdicken vorgenommen wird. Daraus resultiert eine gezielte partielle Wanddickenreduktion. Anschließend wird das gewalzte Blech zugeschnitten, zu einem Rohr umgeformt und entlang der Stoßkanten gefügt. Eine derartige Fertigung mit durchgehendem Material in einem Herstellungsprozeß ist jedoch aufwendig und kostspielig.

[0004] Aus der DE 43 20 656 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Rohrträgers nach dem Innenhochdruck-Umformverfahren bekannt, bei dem ein gerader Rohrkörper aufgeweitet wird, wobei der aufzuweitende Rohrkörper aus unterschiedliche Wandstärken aufweisenden Rohrabschnitten zusammengeschweißt ist. Diese Anfertigung von sogenannten "tailored tubes" als Schweißkonstruktion ist aufwendig und für den Innenhochdruck-Umformprozeß wegen der Schweißnähte nicht unproblematisch.

[0005] Aus der DE 36 10 481 A1 ist ein weiteres Verfahren zur Herstellung von Rohren mit einer oder mehreren Innenwandverdickungen bekannt, wobei die Verdickungen aus einem zylindrischen Rohr durch spangebende Verfahren und/oder Umformverfahren gefertigt sind. Dabei werden in einem Rohr mit gleicher Wanddicke in einem ersten Schrift durch spangebende Verfahren oder Umformverfahren nach außen oder außen und innen geformte Wandverdickungen hergestellt, die in einem zweiten Schrift vorzugsweise durch Kalthämmern nach innen umgeformt oder ausgeformt werden. Auch dabei handelt es sich um ein vergleichsweise aufwendiges und kostspieliges Verfahren.

[0006] Die EP 0 733 540 B1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Hohlprofils für eine Trägerstruktur eines Kraftfahrzeuges durch hydraulisches Aufweiten eines Ausgangsteiles, wobei als Ausgangsteil ein Strangpreßprofil benutzt wird, das im Querschnitt Bereiche mit unterschiedlichen Wanddicken aufweist. Die Wandstärke des Ausgangsteils wird dabei so gewählt, daß das im Innenhochdruck-Umformverfahren hergestellte Hohlprofil an den erforderlichen Stellen die nötige Wanddicke aufweist. Nachteilig daran ist, daß für verschiedene Hohlprofile mit unterschiedlichen Wandstärken jedesmal separate Strangpreßprofile als Ausgangsprodukt hergestellt werden müssen.

[0007] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht demnach darin, ein Verfahren der oben genannten Art bereitzustellen, bei dem die Wanddickenabstufung auf möglichst einfache Art und Weise erreichbar ist.

[0008] Die Lösung besteht darin, daß ein zusammengesetztes Rohr verwendet wird, wobei auf ein Innenrohr mit gleichmäßiger Wanddicke zur Erzeugung des mindestens einen Abschnittes unterschiedlicher Wanddicke mindestens ein äußerer Rohrabschnitt aufgeschoben wird und daß das zusammengesetzte Rohr dem Innenhochdruck-Umformprozeß unterworfen wird, so daß die Teile durch den Formgebungsprozeß fest miteinander verbunden werden.

[0009] Erfindungsgemäß ist also vorgesehen, die Abstufung der Wanddicke durch Übereinanderschieben von Rohrabschnitten zu erreichen. Dieses zusammengesetzte Halbzeug wird dann im IHU-Werkzeug wie gewohnt umgeformt. Beim Umformprozeß wird der Außendurchmesser des inneren Rohres auf das Maß des Außenrohres gebracht, so daß beide Teile durch die Formgebung miteinander verbunden werden. Die Länge des resultierenden Bauteils ergibt sich dabei aus der Länge des Innenrohrs. Der äußere Rohrabachnitt bzw. die äußeren Rohrabschnitte erzeugen die Aufdickung. Dadurch wird erreicht, daß das Druckmedium während des Innenhochdruck-Umformprozesses nicht zwischen die Rohre gelangt und eine gemeinsame Umformung gewährleistet wird.

[0010] Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Zur Erzeugung mehrerer Abschnitte unterschiedlicher Wanddicke können mehrere äußere Rohrabschnitte mit verschiedenen Durchmessern übereinander auf das Innenrohr geschoben werden. Stattdessen können die äußeren Rohrabschnitte partiell übereinandergeschoben werden.

[0011] Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, daß mindestens ein Ende eines äußeren Rohrabschnittes im Querschnitt schräg gestaltet wird, so daß nach dem Innenhochdruck-Umformprozeß eine im wesentlichen absatzfreie äußere Kontur des fertigen Bauteils resultiert. Die äußere Kontur bedarf dann keiner Nachbearbeitung, um eventuelle Absätze oder Fügestellen abzuschleifen oder in vergleichbarer Weise nachzubearbeiten.

[0012] Vor und/oder nach dem Innenhochdruck-Umformprozeß können eine oder mehrere zusätzliche Verbindungen zwischen dem Innenrohr und dem mindestens einen äußeren Rohrabschnitt hergestellt werden, beispielsweise durch Laserschweißen oder andere Fügetechniken. Damit wird gewährleistet, daß das zusammengesetzte Halbzeug im IHU-Werkzeug nicht verrutscht. Diese zuätzlichen Verbindungen können beispielsweise nach dem Umformprozeß dadurch hergestellt werden, daß das resultierende Bauteil mit einem oder mehreren anderen Bauteilen verbunden wird.

[0013] Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1a

eine schematische teilweise geschnittene Darstellung eines zusammengesetzten Rohres aus einem Innenrohr und einem vollständig auf das Innenrohr aufgeschobenen äußeren Rohrabschnitt;

Figur 1b

ein Bauteil aus einem zusammengesetzten Rohr gemäß Figur 1a nach dem Umformprozeß in schematischer Darstellung;

Figur 2a

ein zusammengesetztes Rohr aus einem Innenrohr und mehreren partiell übereinander geschobenen äußeren Rohrabschnitten;

Figur 2b

ein Bauteil aus einem zusammengesetzten Rohr gemäß Figur 2a nach dem Umformen in schematischer Darstellung.

[0014] In Figur 1a ist ein zusammengesetztes Rohr 10 dargestellt, welches aus einem Innenrohr 11 und einem äußeren Rohrabschnitt 12 besteht. Das Innenrohr 11 weist dabei die benötigte Bauteillänge auf. Der äußere Rohrabschnitt 12 ist nach Art einer Manschette vollständig über das Innenrohr 11 geschoben, so daß es einen mittleren Bereich 11b überdeckt und die äußeren Bereiche 11a unbedeckt bleiben. An den Außenrändern 13 und 14 des äußeren Rohrabschnittes 12 sind nach innen verlaufende Abschrägungen 15, 16 vorgesehen.

[0015] Das Innenrohr 11 und der äußere Rohrabschnitt 12 bestehen beispielsweise aus einem Stahlblech, welches zu einem Rohr geformt und an den Stoßkanten gefügt ist. Das zusammengesetzte Rohr 10 wird in üblicher Weise einem Innenhochdruck-Umformprozeß unterzogen. Das resultierende Bauteil 20 ist in Figur 1b schematisch dargestellt. Das Bauteil 20 besteht aus äußeren Bereichen 21, welche aus dem Innenrohr 11 hervorgingen und dem in Figur 1a bezeichneten Bereich 11a entsprechen und einem verdickten Bereich 22, der aus dem in Figur 1a mit 11b bezeichneten Bereich des Innenrohres und dem äußeren Rohrabschnitt 12 hervorging. Die äußere Kontur des Bauteils 20 weist keinerlei Absätze auf, da die Wand des ehemaligen Innenrohrs sich vollkommen an die schräge Kontur 15, 16 des äußeren Rohrabschnittes 12 angeschmiegt hat. Im resultierenden Bauteil 20 sind die beiden Teile, nämlich das Innenrohr 11 und der äußere Rohrabschnitt 12, durch die Formgebung fest miteinander verbunden. Diese Verbindung kann durch Herstellen weiterer Verbindungspunkte, z. B. durch Laserschweißen oder durch andere Fügetechniken weiter verfestigt werden. Diese Verbindungspunkte können vor oder nach dem Umformprozeß hergestellt werden. Da dann die Verbindungspunkte nach dem Umformprozeß hergestellt, können sie dadurch erzeugt werden, daß das Bauteil 20 mit einem oder mehreren beliebigen weiteren Bauteilen verbunden wird.

[0016] In Figur 2a ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines zusammengesetzten Rohres 30 schematisch und teilweise geschnitten dargestellt. Das zusammengesetzte Rohr 30 besteht aus einem Innenrohr 31 und drei äußeren Rohrabschnitten 32, 33, 34, die partiell auf das Innenrohr 31 übereinandergeschoben sind, so daß ein äußerer Bereich 31a des Innenrohrs 31 und die äußeren freien Enden 32a, 33a, 33b der äußeren Rohrabschnitte 32, 33, 34 unbedeckt bleiben. Die äußeren freien Enden 32a 33a und 34a der äußeren Rohrabschnitte 32, 33, 34 weisen wiederum eine nach innen gerichtete Abschrägung 32b, 33b, 34b auf. Das zusammengesetzte Rohr 30 wird einem üblichen Innenhochdruck-Umformprozeß unterworfen.

[0017] Das resultierende Bauteil 40 ist schematisch und teilweise geschnitten in Figur 2b dargestellt. Das Bauteil 40 weist einen dünnen Bereich 41 auf, der aus dem äußeren Bereich 31a des Innenrohrs 31 resultiert, sowie stufenweise verdickte Bereiche, nämlich einen einfach verdickten Bereich 42, einen doppelt verdickten Bereich 43 und einen dreifach verdickten Bereich 44. Die verdickten Bereiche 42, 43, 44 ergeben sich aus der Addition der Wanddicken der verschiedenen partiell übereinander geschobenen äußeren Rohrabschnitte 32, 33, 34. Auch hier gewährleistet die Gestaltung der äußeren freien Enden 32a, 33a, 34a der äußeren Rohrabschnitte 32, 33, 34 eine absatzfreie Kontur.

[0018] Auch in diesem Fall können vor oder nach dem Umformprozeß weitere Verbindungspunkte zwischen dem Innenrohr 31 und den äußeren Rohrabschnitten 32, 33, 34 hergestellt werden. Diese Teile sind allerdings schon durch die Formgebung fest miteinander verbunden.

BEZUGSZEICHENLISTE

[0019] 

10

Rohr

11

Innenrohr

11a

äußerer Bereich von 11

11b

mittlerer Bereich von 11

12

äußerer Rohrabschnitt

13

äußeres Ende von 12

14

äußeres Ende von 12

15

Abschrägung

16

Abschrägung

20

Bauteil

21

dünner Bereich von 20

22

verdickter Bereich von 20

30

Rohr

31

Innenrohr

31a

äußerer Bereich von 31

32

äußerer Rohrabschnitt

32a

freies Ende von 32

32b

Abschrägung an 32a

33

äußerer Rohrabschnitt

33a

freies Ende von 33

33b

Abschrägung an 33a

34

äußerer Rohrabschnitt

34a

freies Ende von 34

34b

Abschrägung an 34a

40

Bauteil

41

dünner Bereich von 40

42

einfach verdickter Bereich von 40

43

zweifach verdickter Bereich von 40

44

dreifach verdickter Bereich von 40

Ansprüche

1. Verfahren zum Herstellen eines Bauteils (20, 40) mittels Innenhochdruck-Umformen aus einem Rohr mit mindestens einem Abschnitt unterschiedlicher Wanddicke, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusammengesetztes Rohr (10, 30) verwendet wird, wobei auf ein Innenrohr (11; 31) mit gleichmäßiger Wanddicke zur Erzeugung des mindestens einen Abschnitts unterschiedlicher Wanddicke mindestens ein äußerer Rohrabschnitt (12; 32, 33, 34) aufgeschoben wird und daß die Teile (11, 12; 31, 32, 33, 34) durch den Formgebungsprozeß fest miteinander verbunden werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Rohrabschnitte (12, 32, 33, 34) vollständig oder partiell übereinander geschoben werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung mehrerer Abschnitte unterschiedlicher Wanddicke mehrere äußere Rohrabschnitte (32, 33, 34) mit verschiedenen Durchmessern übereinander auf das Innenrohr (31) geschoben werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Ende (13, 14; 32a, 33a, 34a) des mindestens einen äußeren Rohrabschnittes (12; 32, 33, 34) im Querschnitt schräg gestaltet wird, so daß nach dem Innenhochdruck-Umformprozeß eine im wesentlichen absatzfreie äußere Kontur des Bauteils (20, 40) resultiert.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor und/oder nach dem Fügeprozeß ein oder mehrere zusätzliche Verbindungen zwischen dem Innenrohr (11; 31) und dem mindestens einen äußeren Rohrabschnitt (12; 32, 33, 34) hergestellt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ein oder mehreren zusätzlichen Verbindungen beim Verbinden des aus dem Innenhochdruck-Umformprozesses resultierenden Bauteils (20, 40) mit einem oder mehreren anderen Bauteilen hergestellt wird.

7. Rohr mit mindestens einem Abschnitt unterschiedlicher Wanddicke, insbesondere zur Verwendung in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um ein zusammengesetztes Rohr (10, 30) handelt, welches ein Innenrohr (11, 31) mit gleichmäßiger Wanddicke aufweist, auf welches zur Erzeugung des mindestens einen Abschnitts unterschiedlicher Wanddicke mindestens ein äußerer Rohrabschnitt (12; 32, 33, 34) aufgeschoben ist.

8. Rohr nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Rohrabschnitte (12; 32, 33, 34) vollständig oder partiell übereinander geschoben sind.

9. Rohr nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung mehrerer Abschnitte unterschiedlicher Wanddicke mehrere äußere Rohrabschnitte (32, 33, 34) mit verschiedenen Durchmessern übereinander auf das Innenrohr (31) geschoben sind.

10. Rohr nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Ende (13, 14; 32a, 33a, 34a) des mindestens einen äußeren Rohrabschnittes (12; 32, 33, 34) im Querschnitt schräg gestaltet ist.

11. Rohr nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß es ein oder mehrere zusätzliche Verbindungen zwischen dem Innenrohr (11, 31) und dem mindestens einen Rohrabschnitt (12; 32, 33, 34) aufweist.

Zeichnung