[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines länglichen Hohlkörpers
aus naturhartem Aluminium oder einer aushärtbaren Aluminiumlegierung und die Anwendung
eines solchen Hohlkörpers.
[0002] Längliche Hohlkörper, wie beispielsweise Rohre, finden als Bauteile im Karosserie-
und Fahrwerksbau Anwendung, z.B. für die Herstellung von Vorder- oder Hinterachsen
und ähnlichem. Die wesentlichen Endwicklungsziele liegen hier auf dem Materialsektor
in möglichst leichten und im Fertigungsbereich in immer kostengünstigeren Bauteilen,
und zwar unter Einhaltung höchster Sicherheitskriterien.
[0003] Häufig sind solche Bauteile im Fahrzeug in verschiedenen Bereichen unterschiedlich
starken Belastungen unterworfen. Man ist daher zur Reduzierung der Fahrzeugmasse bei
solchen Bauteilen bereits zum Einsatz von sogenannten "tailored blanks" übergegangen.
Dies sind zusammengeschweißte Blechplatinen unterschiedlicher Festigkeitseigenschaften
und/oder unterschiedlicher Blechdicke.
[0004] Zur Herstellung von Fahrzeugbauteilen nimmt man unterschiedlich starke Bleche und
verschweißt diese in geradem Zustand zu Platinen. Erst nach dem Verschweissen findet
die Umformung statt.
[0005] Diese Vorgehensweise gewährleistet bereits ein hohes Maß an Gewichtsreduktion. Dennoch
ist man weiterhin bestrebt, Fahrzeugbauteile gewichtsmäßig zu reduzieren und konstruktiv
zu verbessern.
[0006] Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von länglichen
Hohlkörpern zu schaffen, welche eine weitere Gewichtsreduzierung ermöglichen und eine
gezielte, auf die jeweils unter Belastung auftretenden Spannungen abstimmbares Belastungsverhalten
aufweisen.
[0007] Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst.
[0008] Hierbei wird ein länglicher Hohlkörper aus naturhartem Aluminium beispielsweise AlMgMn
oder einer aushärtbaren Aluminiumlegierung, wie z.B. AlMgSi1, hergestellt, in dem
mindestens zwei Bleche unterschiedlicher Wanddicke zu einer Platine aneinandergefügt
werden. Anschliessend wird diese Platine zu einem Hohlkörper umgeformt und an den
Längskanten fügetechnisch verbunden. Mittels des hydraulischen Innenhochdruckumformens
wird der Hohlkörper in die Endkonfiguration gebracht.
[0009] Auf diese Weise kann ein Hohlkörper hergestellt werden, der in Längs- und/oder Querrichtung
Abschnitte unterschiedlicher Wanddicke aufweist. Wesentlich ist, dass zur Herstellung
der Platine Bleche aus Aluminium bzw. Aluminiumlegierungen zum Einsatz gelangen. Hierdurch
kann ein erhebliches Mass an Gewicht eingespart werden. Aluminium ist für den Fahrzeugbau
ein idealer Werkstoff, weil er leicht, rostfrei und recyclebar ist.
[0010] Ein solcher bereichsweise wanddickenreduzierter Hohlkörper kann für die Herstellung
von Bauteilen verwendet werden, die unter äußerer Belastung stehen, bei denen aber
die auftretenden Spannungen aufgrund der Bauteilkonstruktion verteilt über das Bauteil
in unterschiedlicher Höhe auftreten. Beispiele hierfür sind Karosserieteile oder Fahrwerkskomponenten
von Kraftfahrzeugen. Werden die Bauteile nach der Maximalbelastung dimensioniert,
führt dies bisher nicht nur zu einem unnötigen Materialeinsatz, sondern vor allem
auch zu einem unnötigen Gewicht. Derartige Nachteile werden erfindungsgemäss dadurch
vermieden, daß die länglichen Hohlkörper die zur Herstellung der Bauteile Verwendung
finden, entsprechend der späteren Belastung in den einzelnen Bereichen der Bauteile
unterschiedlich dimensioniert werden und zudem aus Leichtmetall gefertigt werden.
Damit wird den späteren Belastungen eines solchen Bauteils Rechnung getragen, zudem
ein hohes Maß an Material- und Gewichtseinsparung erreicht.
[0011] Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Hohlkörper weisen ein besseres
Biege- und Widerstandsmoment auf als bisher und können in ihrem Belastungsverhalten
optimal auf den jeweiligen Verwendungszweck angepasst werden.
[0012] Das Fügen der Längskanten erfolgt vorzugsweise mittels Laserschweißtechnik. Hierbei
kommen leistungsstarke Laserquellen zum Einsatz. Geeignet sind Kohlendioxidlaser.
Besonders vorteilhaft ist ein Hochleistungslichtstrahl, der die Eigenschaften von
Aluminium so verändert, dass das Licht nicht reflektiert, sondern absorbiert wird.
Die auf diese Weise durch den Lichtstrahl im Fügekantenbereich eingebrachte Energie
bringt das Metall zum schmelzen. Die anschliessend erstarrte Schmelze stellt dann
eine feste Verbindung her.
[0013] Der Fügevorgang ist automatisierbar und damit ideal für die Massenproduktion.
[0014] Durch die Endformgebung mittels hydraulischem Innenhochdruckumformen kann die Anzahl
von Fügenähten gering gehalten werden. Vor der Endformgebung kann bedarfsweise ein
Glühen der Hohlkörper vorgenommen werden, um mögliche Eigenspannungen im Werkstück
abzubauen. Ferner kann eine Verformung des Hohlkörpers, beispielsweise durch Biegen,
vorgenommen werden.
[0015] Es hat sich gezeigt, daß die Endformgebung mittels hydraulischer Innenhochdruckumformtechnik
eine besonders produktive und wirtschaftliche, aber auch insbesondere schonende Umformung
der fügetechnisch verbundenen Platinen erlaubt. Unerwünschte Materialverschiebungen
oder Verdünnungen bei der Endformgebung werden vermieden. Die hydraulische Innenhochdruckumformung
erlaubt es trotz Blechdickensprüngen und Blechdickentoleranzen eine vorgebbare Flächenpressung
beim Umformen einzuhalten. Ein Wandern der Fügenaht, insbesondere einer Schweissnaht,
während des Umformvorgangs wird in tolerierbaren Grenzen gehalten. Einer unregelmäßigen
Flächenpressung und damit einer Faltenbildung oder Wellenausbildung wird durch die
erfindungsgemäß angewandte hydraulische Innenhochdruckumformung entgegengewirkt.
[0016] Größe und Form der Bleche aus Aluminium-Leichtmetall kann variieren. Diese Parameter
werden entsprechend der Bauteilgestaltung und auftretenden Lastspannungen ausgewählt.
Für die Herstellung von länglichen Hohlkörpern in Leichtbauweise sind Bleche aus naturhartem
Aluminium (AlMgMn) und aushärtbare Legierungen (AlMgSi1) besonders gut geeignet. Damit
wird ein Hohlkörper geschaffen mit Eigenschaften hinsichtlich des Festigkeits-, Tragfähigkeits-
und Lastspannungsverhaltens, der optimal auf die spätere Verwendung abgestimmt ist.
[0017] Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten länglichen Hohlkörper sind
besonders gut geeignet für die Fertigung von Karosserieteilen oder Fahrwerkskomponenten.
Der Hohlkörper weist eine auf seine spätere Verwendung abgestimmte Konfiguration auf
bei einem hohen Maß an Gewichtseinsparung. Es werden zwei an sich gegenläufige Tendenzen
vereinigt, indem ein hochbelastungsfähiger Fahrwerksträger in Leichtbauweise realisiert
wird.
1. Verfahren zur Herstellung eines länglichen Hohlkörpers aus naturhartem Aluminium,
wie z.B. AlMgMn oder einer aushärtbaren Aluminiumlegierung, wie z.B. AlMgSi1, bei
welchem mindestens zwei Bleche unterschiedlicher Wanddicke zu einer Platine aneinandergefügt,
dann diese Platine zu einem Hohlkörper umgeformt und anschliessend dessen Längskanten
fügetechnisch verbunden werden, worauf dieser Hohlkörper durch hydraulisches Innenhochdruckumformen
in die Endkonfiguration gebracht wird.
2. Anwendung eines mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gefertigten Hohlkörpers als Bestandteil
von Fahrwerksträgern im Fahrzeugbau.