Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Halbwarmumformen von Blechen, insbesondere Platinen, in einem Umformwerkzeug, wobei auf eine Grundplatine zur partiellen Verstärkung ein oder mehrere Verstärkungsplatinen aufgebracht, die Grundplatine und die zumindest eine Verstärkungsplatine aufeinander fixiert und/oder durch geeignete Mittel zueinanderausgerichtet und die Grundplatine und die zumindest eine Verstärkungsplatine zusammen umgeformt werden, wobei auf die zumindest eine Verstärkungsplatine vor dem Halbwarmumformvorgang eine Oberflächenbeschichtung zum Bilden einer bzw. als Verbindungsschicht aufgebracht wird, wobei die Oberflächenbeschichtung während des Halbwarmumformens schmilzt und eine Verbindung zwischen der Grundplatine und der zumindest einen Verstärkungsplatine bildet.

Derartige Verfahren sind im Stand der Technik bekannt, insbesondere bei der Fertigung von Formteilen für Fahrzeuge. Gerade im Fahrzeugbereich besteht die grundsätzliche Anforderung, Teile möglichst gewichtsparend im Leichtbau auszugestalten. Hierdurch können der Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs gesenkt und dessen Handhabbarkeit sowie die Fahreigenschaften deutlich verbessert werden. Zugleich soll jedoch eine gute Stabilität der Fahrzeugteile sichergestellt werden, vorallem eine Crash-Stabilität. Für die partiell stark bei einem solchen Crash beanspruchten Formteile, wie beispielsweise Fahrzeugholme, ist es bekannt, diese stärker beanspruchten Stellen lokal verstärkt auszubilden. Eine solche lokale Verstärkung kann durch eine Querschnittsvergrößerung beispielsweise durch Aufdoppeln von Blechen erfolgen. Früher wurden das Grundblech und das Verstärkungsblech jeweils für sich allein tiefgezogen und nachfolgend zu einem vollständigen Strukturteil zusammengefügt. Da in den seltensten Fällen eine genaue Passform zwischen dem aufzufügenden geformten Verstärkungsblech und dem separat geformten Grundblech erzielt werden kann, entstehen beim Zusammenfügen solcher Formteile üblicherweise zumindest im Randbereich Spalte. In diese kann Feuchtigkeit eindringen und zu Korrosion führen. Dies ist jedoch besonders zu vermeiden, da die Aufdoppelungen gerade dort vorgesehen werden, wo eine Verstärkung des verwendeten Blechs erforderlich ist. Auftretende Korrosion führt jedoch zu einer Schwächung eines solchen Bereichs.

Die DE 43 07 563 C2 schlägt für den Bereich des Tiefziehens von Blechen daher vor, Grundblech und Verstärkungsblech gemeinsam tiefzuziehen oder formzustanzen. Das oder die Verstärkungsbleche werden an dem Grundblech vor dem gemeinsamen Tiefziehen oder Formstanzen befestigt und nach dem Tiefziehen oder Formstanzen unlösbar mit dem Grundblech verbunden. Außerdem offenbart diese Druckschrift das Vorsehen von Korrosionsschutzmaßnahmen im Bereich der aufeinanderliegenden Bleche. Hierzu werden das Vorsehen von beschichteten oder verzinkten Stahlblechen oder das Zwischenfügen einer Kunststoff- oder Metallfolie oder einer Kleberschicht (siehe auch DE 101 20 121 A1) genannt.

Da ein Tiefziehen als Kaltverformvorgang die Werkzeuge bei Aufdoppeln der tiefzuziehenden Bleche stark belastet, wird in der gattungsbildenden DE 100 49 660 A1 vorgeschlagen, ein gepatchtes Verbundblech aus einem Grundblech und Verstärkungsblech(en) im Warmzustand bei 800 - 850°C in eine gewünschte Form umzuformen und auf dem Umformwerkzeug unter mechanischer Aufrechterhaltung des Umformzustandes definiert abzukühlen. Zum Verbinden des Grundblechs und der Verstärkungsbleche wird vor deren Aufbringen auf das Grundblech die Kontaktfläche wenigstens eines der Bleche flächendeckend mit einem Hartlot versehen. Nach dem Lotauftrag und vor dem Erwärmen wird ein Verbindungspunkt zwischen Verstärkungsblech und Grundblech gesetzt, um eine eindeutige Positionierung der Bleche aneinander sicherzustellen. Vor dem gemeinsamen Umformen wird das gepatchte Verbundblech auf eine Temperatur oberhalb der Umformtemperatur des Werkstoffs der Bleche erwärmt, im Warmzustand in die gewünschte Form umgeformt und anschließend unter mechanischer Fixierung im Umformzustand in dem geschlossen gehaltenen Umformwerkzeug und/oder Fixier- und Beschneidungswerkzeug definiert abgekühlt.

Ein ähnliches Verfahren wie die DE 100 49 660 A1 offenbart auch die DE 101 36 433 A1. Gemäß dieser Druckschrift wird eine lokale hohe Verstärkung und Steifigkeitserhöhung bei geringem zusätzlichen Gewicht bei einem Sandwichaufbau aus Grundblech und Verstärkungsblech dadurch erzielt, dass zwischen diese beiden Bleche ein Formkörper aus Glas oder eine Glasmatte eingefügt wird. Ein Umformen erfolgt dann entsprechend der DE 100 49 660 A1 durch Warmumformen des gesamten gepatchten Verbundblechs, wobei zunächst wiederum eine Erwärmung auf Temperaturen oberhalb der Umformtemperatur der Werkstoffe der Bleche erfolgt, nachfolgend der Verbund im Warmzustand in ein Umformwerkzeug eingelegt, in die gewünschte Form umgeformt und unter mechanischer Fixierung des gewünschten Umformzustandes abgekühlt wird. Um einen Austritt des teigigen Glases aus dem Spalt zwischen dem Grundblech und dem Verstärkungsblech zu vermeiden, wird der Rand des Verstärkungsblechs um das Glas-Zwischenelement herum mit dem Grundblech verbunden, wodurch für das Glas-Zwischenelement ein Hohlraum entsteht.

Aus der DE 101 35 647 C1 ist ein Auftragen einer nichtmetallischen, anorganischen Abdichtmasse auf einem randnahen Kontaktbereich von Blechen, ein Aufeinanderlegen der Bleche, Erwärmen des gepatchten Verbundblechs auf eine oberhalb der Umformtemperatur des Werkstoffs liegende Temperatur, Umformen im Warmzustand und anschließendes mechanisches Fixieren des Umformzustandes durch Abkühlen offenbart.

Die DE 198 26 290 A1 offenbart ein Verfahren zum Fertigen von partiellen Doppelblech- oder Mehrfachblechstrukturen, die aus einem Grundblech und einem oder mehreren Verstärkungsblechen gebildet sind, die gemeinsam tiefgezogen, gebogen oder formgestanzt werden können. Aus der DE 199 57 910 A1 ist ein Verfahren zur Rollprofilierung von zwei oder mehr Blechen bekannt, die zwischen entgegengesetzt rotierenden Rollen zusammengeführt werden. Bei dem in der DE 199 19 783 A1 beschriebenen Verfahren erfolgt eine Verklebung von wenigstens zwei Blechen durch eine Teilvernetzung eines Klebers vor der Umformung. Eine Vollvernetzung des Klebers erfolgt erst nach der Umformung. Die EP 0 857 526 A1 betrifft ein Umformteil mit einer bereichsweise ausgebildeten Mehrfachblechstruktur, wobei die Verstärkungsbleche miteinander überlappend mit dem Basisblech verschweißt sind.

Bei den vorstehend erörterten Verfahren zum Umformen von Blechen wird entweder kein Warmumformen und somit eine hohe und partiell unterschiedliche Belastung des Tiefziehwerkzeugs vorgesehen oder eine Warmumformung, die jedoch aufgrund der Verwendung eines flächendeckenden Aufbringens eines Hartlots sich als mühsam erweist, wenn es in Pastenform aufgebracht wird, einer genauen Dosierung und Positionierung bedarf, wenn es aufgesprüht, aufgestreut oder in Form von Spänen aufgelegt wird oder in Form einer Lötfolie aufgebracht wird, wobei bei einer solchen auch ein vorheriger genauer Zuschnitt erforderlich ist. Das Vorsehen einer Tasche bzw. eines Hohlraums für ein Glas-Zwischenelement oder eine Glasmatte weist den Nachteil auf, dass einerseits ein solcher Hohlraum geschaffen werden muss, andererseits die Glasmatte, wenn sie nicht die Abmessungen des Verstärkungsblechs aufweist, das Eindringen von Feuchtigkeit an ihren Rändern zulässt und somit eine Korrosion der verwendeten Bleche.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Warmumformen von Blechen bzw. Platinen vorzusehen, das die vorstehend genannten Nachteile nicht aufweist und die Herstellung von Formteilen in Leichtbauweise mit für eine partielle höhere Beanspruchung vorgesehener Verstärkung ermöglicht, wobei gegenüber dem vorstehenden Stand der Technik ein noch effektiverer Korrosionsschutz in Verbindung mit einem sicheren Verbinden von Grundplatine und Verstärkungsplatine(n) ermöglicht werden soll.

Gemäß Anspruch 1 wird die Aufgabe für ein Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Verbindungsschicht aus einem als Beschichtung auf der Grundplatine und/oder der zumindest einen Verstärkungsplatine aufgetragenen Klebstoff besteht und das Halbwarmumformen bei Temperaturen zwischen 500° C und 730° C, insbesondere 500° C und 700° C, insbesondere 500° C und 650° C erfolgt.

Dadurch wird ein Verfahren zum Halbwarmumformen von Blechen, insbesondere Platinen, geschaffen, bei dem die Vorteile eines gemeinsamen Umformens zu verbindender Platinen und des Halbwarmumformens mit denen einer optimalen Abdichtung und eines optimalen Verbindens der geformten Platinen kombiniert werden. Aufgrund der Verwendung eines gemeinsamen Halbwarmumformens von Grundplatine und Verstärkungsplatine(n) kann eine sehr gute Fertigungsgenauigkeit und Vermeidung von Spalten zwischen den umgeformten Platinen erzielt werden in Kombination mit dem Vorteil eines beliebig hohen Umformgrades, bedingt durch die Verwendung eines Halbwarmumformens im Gegensatz beispielsweise zu einem Kaltumformen wie dem Tiefziehen. Hierdurch können insbesondere die verwendeten Pressen-Werkzeuge geschont werden, sogar bei Verwendung nahezu beliebiger Materialstärken von Platinen und deren Kombination miteinander. Beim Halbwarmumformen werden niedrigere Temperaturen verwendet als beim Warmumformen, wodurch i.a. keine Materialhärtung erfolgt. Es können beispielsweise jedoch Hochfestmaterialien verwendet werden, die bereits hochfeste Eigenschaften aufweisen. In diesem Falle braucht lediglich eine Temperaturerhöhung in Bereiche zwischen 500 und 730°C, besonders bevorzugt zwischen 500 und 700°C, insbesondere um die 650°C zuerfolgen.

Erfindungsgemäß ist auf die zumindest eine Verstärkungsplatine eine Oberflächenbeschichtung zum Bilden einer bzw. als Verbindungsschicht aufgebracht wobei die Oberflächenbeschichtung vor dem Halbwarmumformvorgang auf die zumindest eine Verstärkungsplatine aufgetragen wird, wobei die Oberflächenbeschichtung während des Umformens schmilzt und eine Verbindung zwischen der Grundplatine und der zumindest einen Verstärkungsplatine bildet. Hierdurch ist es möglich, dass bereits während des Umformens der Platinen diese miteinander verbunden werden. Durch das Beschichten der Verstärkungsplatine(n) ist eine optimale und gleichmäßige Verbindung mit der Grundplatine bis an den Rand der Verstärkungsplatine heran und ggf. von einzelnen Verstärkungsplatinen aufeinander möglich. Hierdurch kann ein vollflächiges Verbinden der Platinen bis in den Randbereich der Verstärkungsplatine(n) sogar bei sehr komplexen Formgebungen erzielt werden. Ein zusätzliches Aufbringen einer Dichtmittelwulst im Randbereich der zumindest einen Verstärkungsplatine ist daher nicht mehr erforderlich, kann jedoch, falls dies gewünscht wird, dennoch vorgesehen werden.

Als Klebstoff kann ein Silicon, insbesondere Epoxidharzklebstoff, Polyurethanklebstoff, Schmelzklebstoff, PUR-Dispersionsklebstoff, etc., verwendet werden. Die Beschichtung kann beispielsweise durch Aufrollen, Tauchen, Drucken, Gummieren etc. erfolgen.

Die Verbindungsschicht kann die Oberfläche der Verstärkungsplatine(n) vollständig bedecken. Sie kann aber auch als Muster oder Maske auf der Oberfläche der zumindest einen Verstärkungsplatine und/oder der Grundplatine ausgebildet sein, insbesondere den Randbereich der Verstärkungsplatine im Wesentlichen lückenlos umgebend. Teilweise ist es nicht unbedingt erforderlich, die gesamte Oberfläche des/der Verstärkungsplatine(n) mit der jeweiligen Verbindungsschicht zu versehen, da eine Verbindung der geformten Platinen schon durch deren Formgebung unterstützt wird und ein Abdichten lediglich im Randbereich der Verstärkungsplatine(n) zum Korrosionsschutz zweckmäßig ist. Bei der Wahl des Musters oder der Maske wird diese(s) vorteilhaft an die auf das fertige Formteil im Betrieb einwirkenden Kräfte abgestimmt, so dass ein ungewolltes Lösen der Platinen voneinander vermieden werden kann.

Erfindungsgemäß besteht die Verbindungsschicht aus einem als Beschichtung auf der Grundplatine und/oder der zumindest einen Verstärkungsplatine aufgetragenen Klebstoff, der während des Umformvorgangs aufschmilzt und beim Abkühlen eine feste Verbindung zwischen Grundplatine und Verstärkungsplatine(n) bildet. Durch das Halbwarmumformen schmilzt der Klebstoff und bildet auf dem/den Verstärkungsblech(en) einen klebenden Überzug. Beim Abkühlenentsteht eine feste Verbindung zwischen den aneinander liegenden Platinenoberflächen entstehen. Ein Korrosionsschutz wird dabei ebenso ermöglicht wie eine feste Verbindung der geformten Platinen. Im Gegensatz zu dem Vorsehen von Glas-Zwischenelementen in Hohlräumen zwischen einem Grundblech und einem Verstärkungsblech, wie in der DE 101 36 433 A1 offenbart, ist es möglich, eine sehr dünne verbindende Schicht vorzusehen, die sehr viel belastbarer ist als die dicke Glas-Zwischenschicht nach DE 101 36 433 A1. Hohlräume zwischen Grundplatine und Verstärkungsplatine müssen ebenfalls nicht vorgesehen werden.

Beim Halbwarmumformens von mit einer Verbindungsschicht versehenen Grundplatine und zumindest einer Verstärkungsplatine zusammen wird als Verbindungsschicht ein Klebstoff verwendet werden. Dieser kann während des Umformvorgangs aufschmelzen, beim Abkühlen erhärten und eine feste Verbindung zwischen Grundplatine und der zumindest einen Verstärkungsplatine bilden.

Bei einem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Strukturtest ist eine Verbindungsschicht zwischen einer geformten Grundplatine und zumindest einer Verstärkungsplatine in Form eines Klebstoffs und/oder geschmolzenen und erstarrten Glaswerkstoffs vorgesehen, der die Grundplatine und die zumindest eine Verstärkungsplatine und/oder mehrere Verstärkungsplatinen miteinander verbindet.

Bevorzugt wird eine Verstärkungsplatine auf der Grundplatine angeordnet und fixiert und/oder durch geeignete Mittel zu dieser ausgerichtet oder werden mehrere Verstärkungsplatinen neben- und/oder übereinander auf der Grundplatine angeordnet und fixiert und/oder durch geeignete Mittel zueinander und/oder zu der Grundplatine ausgerichtet. Besonders bevorzugt wird bei Vorsehen nur einer Verstärkungsplatine diese auf der Grundplatine angeordnet und fixiert und/oder durch geeignete Mittel zu dieser ausgerichtet oder bei Vorsehen mehrerer Verstärkungsplatinen werden diese einander in einem Teilbereich überlappend und/oder aneinander anstoßend und/oder mit Abstand zueinander auf der Grundplatine fixiert und/oder durch geeignete Mittel zueinander ausgerichtet. Durch das Vorsehen mehrerer Verstärkungsplatinen nebeneinander mit und ohne Abstand zueinander können Spannungen innerhalb eines geformten Werkstücks bzw. Blechstrukturteils vermieden bzw. zumindest reduziert, und Steifigkeitserhöhungen gezielt durchgeführt werden, insbesondere bei Vorsehen unterschiedlicher Material stärken bei Grundplatine und Verstärkungsplatine(n). Durch Vorsehen mehrerer Verstärkungsplatinen übereinander können zusätzlich weitere Materialverstärkungen und somit stark unterschiedliche Steifigkeiten über die Oberfläche des Strukturteils hinweg erzielt werden. Durch das Überlappen mehrerer Verstärkungsplatinen in ihren jeweiligen Randbereichen können ebenfalls Steifigkeitsunterschiede erzeugt werden. Es kann jeweils jedoch auch nur eine Verstärkungsplatine vorgesehen werden, die ggf. zuvor aus mehreren Teilen insbesondere unterschiedlicher Materialstärke zusammengesetzt wurde. Anstelle des Vorsehens einer Fixierung bzw. Verbindung der Platinen untereinander vor dem Umformvorgang ist es ebenso möglich, die Platinen lediglich zueinander ausgerichtet aufeinander zu positionieren und ohne eine Verbindung miteinander umzuformen. Zur Lagefixierung bzw. zum Aufrechterhalten der gegenseitigen Positionierung können insbesondere Stehbolzen oder dergleichen Einrichtungen besonders bevorzugt in dem Umformwerkzeug bzw. der Umformpresse vorgesehen werden.

Bevorzugt werden die Verstärkungsplatinen aneinander anstoßend vor dem Umformvorgang miteinander verbunden, insbesondere durch Anbringen einer Schweißnaht oder anderen Verbindungsnaht. Je nach Umformtemperatur und Umformmodus kann diese Stoßnaht beim Umformen egalisiert werden, so dass keine unebenen Übergangsstellen verbleiben.

Vorzugsweise werden die Platinen vor dem Halbwarmumformen und/oder nach dem Halbwarmumformen durch Zusatzverbindungen aneinander fixiert, insbesondere durch Schweißen, Nieten, Durchsetzfügen oder ein anderes Verbindungsverfahren. Hierdurch wird besonders vor dem Umformen die eindeutige Position der gezielt an bestimmten Stellen auf der Oberfläche der Grundplatine aufgebrachten Verstärkungsplatine(n) fixiert, so dass sich diese während des Umformens im Wesentlichen nicht ändert. Nach dem Umformen erweist sich eine Fixierung gerade bei sich ansonsten durch Abscheren ggf. leicht lösenden Verbindungen zwischen Grundplatine und Verstärkungsplatine(n) als vorteilhaft, da besonders eine zusätzliche punktförmige Verbindung einem ungewollten Abscheren entgegenwirken kann.

Im Unterschied zu den Lötverbindungen gemäß der DE 100 49 660 A1 erweist sich das Vorsehen von einem Klebstoff als vorteilhaft, die Erwärmungstemperatur nicht in einem für das Lot verträglichen Bereich gehalten zu werden braucht, sondern in einen insbesondere für das Halbwarmumformen geeigneten Bereich eingestellt werden kann. Außerdem wird die Problematik einer Korrosion durch Flussmittel, das für einen Lötvorgang üblicherweise verwendet wird, vermieden.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird im Folgenden ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Diese zeigen in:

Figur 1 bis 4

eine schematische Ansicht des Ablaufs einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Halbwarmumformvorgangs unter Vorsehen einer Oberflächenbeschichtung auf Verstärkungsplatinen.

Die geformten Verstärkungsplatinen dienen z.B. als Innenverstärkung, die geformte Grundplatine als Außenverstärkung einer Fahrzeug-B-Säule.

Figur 1 zeigt den ersten Bearbeitungsschritt eines alternativen Verfahrens zum Halbwarmumformen von Platinen. Hierbei werden die Verstärkungsplatinen 2, 3, 4 zunächst mit einer Oberflächenbeschichtung 20, 30, 40 versehen. Diese Oberflächenbeschichtung besteht aus einem unter Einfluss von Hitze schmelzenden und sich spätestens beim Abkühlen der geformten Platinen mit diesen klebend verbindenden klebstoff. Alternativ zu dem Vorsehen der Oberflächenbeschichtung nur auf den Oberflächen der Verstärkungsplatinen kann auch die Oberfläche 10 der Grundplatine und/oder können sowohl die Oberfläche der Grundplatine als auch die der Verstärkungsplatinen mit einer Oberflächenbeschichtung versehen werden, die beim Erhitzen ebenfalls eine Verbindung mit den Verstärkungsplatinen ermöglicht, z.B. nach Art eines Mehrkomponentenklebers.

Mit ihren beschichteten Oberflächen 21, 31, 41 werden die Verstärkungsplatinen 2, 3, 4, anschließend auf die Grundplatine 1 aufgefügt und in dem in Figur 7 dargestellten Fall an verschiedenen Stellen fixiert, beispielsweise durch Schweißpunkte 5.

Diese so entstandene Einheit einer Verbundplatine 60 wird nachfolgend in einen Ofen 7 eingebracht, wie Figur 2 zu entnehmen ist. In diesem wird die Verbundplatine auf eine für das Halbwarmumformen geeignete Temperatur erhitzt und in die Umformpresse 8 weitergeleitet (Figur 3). Darin erfolgt die Halbwarmumformung mit entsprechenden Temperaturen. Während des Umformvorgangs schmilzt die Oberflächenbeschichtung der Platinen und verbindet sich mit der jeweiligen angrenzenden Platinenoberfläche. Es entsteht daher direkt während des Umformens eine Verbindungsschicht 12, die eine dichte und zugleich fest verbundene Einheit der geformten Platinen ermöglicht.

Während des Vergütens des Platinenmaterials wird die Verbindungsschicht 12 abgekühlt und härtet dabei aus. Eventuell bei der Formgebung verbleibende oder entstehende Spalte zwischen Grundplatine und Verstärkungsplatinen werden durch die Verbindungsschicht ausgefüllt, wodurch eine dichte Einheit zum Schutz vor Korrosion geschaffen werden kann. Zusätzlich zu den bereits bestehenden und während des Halbwarmumformens verbliebenen Verbindungsstellen in Form von z.B.

Schweißpunkten, können noch weitere oder diese ggf. erneut zum zusätzlichen Verbinden der geformten Platinen aufeinander vorgesehen werden. Grundsätzlich kann jedoch bereits durch die Kombination aus den vor dem Umformen aufgebrachten fixierenden Verbindungsstellen und der Verbindungsschicht ein ausreichend fester Halt der geformten Platinen aufeinander sichergestellt werden.

Der Umformpresse 8, wie sie in Figur 3 gezeigt ist, kann ein fertiges Formteil entnommen werden, das nach einem üblicherweise sich an das Umformen anschließenden Zuschneiden als Strukturteil im Fahrzeugbau etc. verwendet werden kann.

1

Grundplatine

2

Verstärkungsplatine

3

Verstärkungsplatinen

4

Verstärkungsplatinen

5

Schweißpunkt

6

Verbundplatine

7

Ofen

8

Umformpresse

9

Pfeile

10

Oberfläche der Grundplatine

11

Verbindungsschicht

12

Verbindungsschicht

20

Oberflächenbeschichtung

21

beschichtete Oberfläche

30

Oberflächenbeschichtung

31

beschichtete Oberfläche

40

Oberflächenbeschichtung

41

beschichtete Oberfläche

60

Verbundplatine

P

Pfeile