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Title:
METHOD FOR PRODUCING COMPONENTS CONTAINING METAL AND ROLL FORMING INSTALLATION FOR PROFILING COMPONENTS CONTAINING METAL
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2005/018845
Kind Code:
A1
Abstract:
In the production of metal-containing components by deep-drawing, the component geometry is limited by the method. The invention relates to a method for producing components containing metal and to a roll forming installation (17) for profiling components containing metal, especially vehicle support structures, whereby a metal-containing starting material is supplied to a roll forming installation (17) and is roll formed to create a rolled shape (14), and during the roll forming (4, 6), a reshaping process (5) takes place. Said method and installation ensure that the cross-section of the rolled shape is modified by means of the reshaping process (5). Modification of the cross-section is especially important for structural and safety components and for post structures, longitudinal and transversal profiled elements, such as lateral impact carriers, bumpers, post reinforcing elements, longitudinal and transversal carriers, substructures and roof frames.

Inventors:
Adelmann, Thomas (Anna-Frank-Strasse 10/1, Filderstadt, 80794, DE)
Egidi, Alexander (Nibelungenring 15, Parkstetten, 94365, DE)
Füller, Karl-heinz (Fellhornweg 14, Neu-Ulm, 89231, DE)
Rostek, Günter (Herrenwiesenweg 19, Esslingen, 73733, DE)
Application Number:
PCT/EP2004/009213
Publication Date:
March 03, 2005
Filing Date:
August 13, 2004
Export Citation:
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Assignee:
DAIMLERCHRYSLER AG (Epplestrasse 225, Stuttgart, 70567, DE)
Adelmann, Thomas (Anna-Frank-Strasse 10/1, Filderstadt, 80794, DE)
Egidi, Alexander (Nibelungenring 15, Parkstetten, 94365, DE)
Füller, Karl-heinz (Fellhornweg 14, Neu-Ulm, 89231, DE)
Rostek, Günter (Herrenwiesenweg 19, Esslingen, 73733, DE)
International Classes:
B21D5/12; B21D22/02; B21D35/00; B21D53/88; (IPC1-7): B21D5/12; B21D35/00; B21D53/88; B21C37/08
Foreign References:
DE10120063A12002-11-14
DE19749902A11999-05-20
US20030024289A12003-02-06
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 0082, no. 16 (M - 329) 3 October 1984 (1984-10-03)
Attorney, Agent or Firm:
DAIMLERCHRYSLER AG (Intellectual Property Management, HPC U800 Wilhelm-Runge-Strasse 11, Ulm, 89081, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von metallhaltigen Bauteilen, insbesondere von Fahrzeugtragstrukturen, bei welchem ein metallhaltiges Ausgangsmaterial einer Walzprofilieranlage (17) zugeführt und zu einem Walzprofil (14) walzprofi liert wird, wobei während des Walzprofilierens ein Umfor men stattfindet, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Umformens der Walzprofilquerschnitt ver ändert wird.
2. Verfahren zur Herstellung von metallhaltigen Bauteilen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrensschritte Walzprofilieren (4), Umformer (5) und Walzprofilieren (6) nacheinander durchlaufen wer den.
3. Verfahren zur Herstellung von metallhaltigen Bauteilen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzprofilieranlage (17) im diskontinuierlichen Betrieb angesteuert wird.
4. Verfahren zur Herstellung von metallhaltigen Bauteilen nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Walzprofil (14) zur Änderung des Querschnittes kalt umgeformt wird.
5. Verfahren zur Herstellung von metallhaltigen Bauteilen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass beim Umformen (5) gesickt und/oder auf Zug und/ode Druck, insbesondere tiefgezogen und/oder streckgezogen, umgeformt wird.
6. Verfahren zur Herstellung von metallhaltigen Bauteilen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass lokal umgeformt wird.
7. Verfahren zur Herstellung von metallhaltigen Bauteilen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Ausgangsmaterial höherfeste Stähle und/oder Tiefziehstähle und/oder TiLegierungen und/oder Ni Legierungen und/oder Leichtbaustähle und/oder metallhal tige Kompositwerkstoffe verwendet werden.
8. Walzprofilieranlage (17) zum Profilieren von metallhalti gen Bauteilen mit mindestens einer integrierten Vorrich tung zum Umformen, dadurch gekennzeichnet, dass die integrierte Vorrichtung zum Umformen (16) geeic net ist, den Walzprofilquerschnitt, insbesondere lokal, zu verändern.
9. Walzprofilieranlage (17) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die integrierte Vorrichtung zum Umformen (16) paral lel zur Transportrichtung (15) des zu profilierenden Bau teils verschiebbar ausgestaltet ist.
10. Walzprofilieranlage (17) nach Anspruch 8, oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zum Umformen (16) eine Vorrichtunc zum Sicken und/oder eine Vorrichtung zum Zugund/oder Druckumformung, insbesondere Tiefziehund/oder Streck ziehumformung, darstellt.
11. Walzprofilieranlage (17) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die integrierte Vorrichtung zum Umformen (16) auf weist : einen Stempel (11) und einen Niederhalter (12), sowie insbesondere einen Innenstempel (13).
Description:
Verfahren zur Herstellung von metallhaltigen Bauteilen und Walzprofilieranlage zum Profilieren von metallhaltigen Bau- teilen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von me- tallhaltigen Bauteilen gemäß dem Oberbegriff des Patentan- spruchs l und eine Walzprofilieranlage zum Profilieren von metallhaltigen Bauteilen gemäß dem Oberbegriff des Patentan- spruchs 8.

/ Hinreichend bekannt ist, die Herstellung von Bauteilen mit langgestreckten Profilen mittels konventionellem Tiefziehen.

Hierbei ist für jede Bauteilvariante ein separates dafür ge- eignetes Tiefziehwerkzeug notwendig. Verfahrensbedingt beste- hen beim Tiefziehen Formgebungsgrenzen, wie z. B. begrenzte Ziehtiefe, komplexe Bauteilgeometrien, Realisierung von Hin- terschnitten. Die Verarbeitung höherfester Stähle, vorzugs- weise mit einer Zugfestigkeit bis zu 1500/mm2, erweist sich beim Tiefziehen metallischer Bauteilen, insbesondere Träger- strukturen, als problembehaftet, da diese erhöhte Streckgren- zen und reduzierte Bruchdehnungen aufweisen, wodurch zum ei- nen erhöhte Umformkräfte erforderlich sind und zum anderen die verformten metallischen Bauteile stärker elastisch zu- rückfedern.

Aus der Druckschrift DE 101 20 063 C2 ist ein Verfahren zur Herstellung von metallischen Bauteilen für Kraftfahrzeuge mittels Walzprofilieren bekannt, bei welchem Bauteile aus in Bandform bereitgestelltem Ausgangsmaterial mit durchgehend gleichem Profilquerschnitt, insbesondere. einem U-förmigen

Profilquerschnitt, während des Walzprofilierens gebogen wer- den. Diese Bauteile erweisen sich für komplexe Fahrzeugtrag- strukturen als ungeeignet. Diese Druckschrift wurde zur Bil- dung der Oberbegriffe herangezogen.

Ein Verfahren zum partiellen Walzprofilieren mit einer vorge- schalteten oder integrierten Schneidvorrichtung zum Trennen, insbesondere Stanzen, von langgestreckten Ausgangsmaterialien und Erzeugung einer Querschnittsänderung des Bauteilhohlpro- fils durch Beschnitt, ist aus der Druckschrift DE 197 49 902 AI bekannt. Dabei weist das Bauteilhohlprofil eine unterbro- chene Bauteiloberfläche mit einer verminderten Torsions-und Biegesteifigkeit auf. Aufgrund der verminderten Steifigkeit des mittels diesem Trennverfahren hergestellten Bauteils er- weist sich dieses Verfahren als ungeeignet für Struktur-und Sicherheitsbauteile. Weiterhin führt die Verarbeitung mittels Stanzen von hochfesten Stählen zu einem erhöhten Verschleiß des Stanzwerkzeugs, was zu erhöhten Werkzeugkosten und Rüst- zeiten führt und den Bearbeitungsprozess unwirtschaftlich macht. Die Bearbeitung des Walzprofils mittels Trennen, ins- besondere Laserschneiden, erweist sich als unvorteilhaft für Sicherheitsbauteile, da beim Laserschneiden unvermeidbare Ge- fügeveränderungen im hochbeanspruchten Randbereich des Pro- fils auftreten, die sich negativ auf die Bauteilfestigkeit unter schwingender Beanspruchung auswirken.

Der vorliegenden Erfindung liegt ausgehend von diesem Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Schaffung von formsteifen Bauteilen anzugeben sowie eine Vorrichtung zum Profilieren besonders stabiler Bauteile bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 in Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren und des Anspruchs 8 in Be- zug auf die zu schaffende Walzprofilieranlage gelöst.

Die erfindungsgemäße Lösung ist gegeben durch ein Verfahren zur Herstellung von metallhaltigen Bauteilen, insbesondere

von Fahrzeugtragstrukturen, bei welchem ein metallhaltiges Ausgangsmaterial einer Walzprofilieranlage zugeführt und zu einem Walzprofil walzprofiliert wird, wobei während des Walz- profilierens ein Umformen derart stattfindet, dass mittels des Umformens der Walzprofilquerschnitt verändert wird.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Herstellung von Bauteilen mit über der Länge, in der Höhe und/oder in der Breite veränderten Walzprofilquerschnitt mit- tels kontinuierlichem oder diskontinuierlichem Walzprofilie- ren und mittels integriertem Umformen. In dem erfindungsgemä- ßen Verfahren wird eine Querschnittsänderung durch Umformen eingebracht, damit wird eine Reduzierung der Torisons-und Biegesteifigkeit gegenüber einem mittels Trennen hergestell- ten Bauteil vermieden. Hierzu ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die Herstellung von Bauteilen mit sehr guten Stru- kureigenschaften im hochbeanspruchten Randbereich des Bau- / teilquerschnitts, die sich positiv auf die Bauteilfestigkeit unter schwingender Beanspruchung auswirken.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Ver- fahrens ist die Herstellung von Struktur-und Sicherheitsbau- teilen aus hoch-und höherfesten Stählen, vorzugsweise mit einer Zugfestigkeit bis 1700 N/mm2, die den Sicherheitsanfor- derungen im Kraftfahrzeugbau gerecht werden. In der Regel handelt es sich bei den Struktur-und Sicherheitsbauteilen um dünnwandige, aus Stahlblech gefertigte Säulenstrukturen, Längs-und Querprofile, wie z. B. Seitenaufprallträger, Stoß- fänger, Säulenverstärkungen, Längs-und Querträger, Boden- gruppe sowie Dachrahmen. Diese zeichnen sich durch eine hohe Maßhaltigkeit, geringere Toleranzen, die eine bessere Integ- ration durch Fügen, insbesondere durch Laserschweißen, wie z. B. Anschweißen einer Bodengruppe an einen Längsträger, ge- währleisten.

Insbesondere Karosseriestrukturen, beispielsweise Träger- strukturen, müssen häufig an die Einbaustelle, insbesondere

zur Anpassung an die Schweißverbindungsstelle, im Querschnitt angepasst werden, so dass sie über ihren Längsverlauf kein gleichbleibender Querschnitt aufweisen. Mittels des erfin- dungsgemäßen Verfahrens werden Trägerstrukturen derart herge- stellt, dass der Walzprofilquerschnitt verändert wird.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens im Vergleich zu den insbesondere mittels konventionellem Tief- ziehen hergestellten Bauteilen aus langgestreckten Profilen, ist im Wesentlichen die bessere Maßgenauigkeit während der Herstellung von langgestreckten Bauteilen.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfin- dungsgemäßen Verfahren werden die Verfahrensschritte Walzpro- filieren, Umformen und Walzprofilieren nacheinander durchlau- fen.

Das Walzprofilieren ist den herkömmlichen Herstellungsverfah- ren zum Kaltprofilieren, wie z. B. Gesenk-oder Schwenkbiegen, aufgrund der niedrigen Fertigungszeiten deutlich überlegen.

Sowohl durch die hohe Ausbringungsmenge pro Zeit als auch durch die geringen Werkzeugkosten im Vergleich zum Tiefzie- hen, werden die Fertigungszeiten deutlich reduziert. Deswegen ergibt sich im Bereich mittlerer bis großer Losgrößen eine hohe Wirtschaftlichkeit des Verfahrens.

Dadurch, dass das metallhaltige Ausgangsmaterial vorzugsweise zunächst gerichtet und danach markiert wird bevor es dann dem Walzprofiliervorgang zugeführt wird und anschließend durch ein Umformprozess verformt wird und danach wieder walzprofi- liert wird, wird erreicht, dass mittels des Walzprofilierens mit dem integrierten Umformen ein Bauteil mit über seinem Längsverlauf veränderten Walzprofilquerschnitt hergestellt werden kann, das exakt an den späteren Verwendungszweck ange- passt ist. Bei dieser vorteilhaften Ausgestaltung der Erfin- dung erfolgt die Herstellung des Walzprofils und die Herstel- lung des veränderten Walzprofilquerschnitts in einem Arbeits-

gang zeitsparend ohne Zwischenlagerung und die damit verbun- denen Logistikkosten.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass die nacheinanderfolgenden Verfahrensschrit- te in einer kompakten Vorrichtung durchgeführt werden können, die sich als besonders wirtschaftlich erweist.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorge- sehen, dass die Walzprofilieranlage mit der Umformvorrichtung im diskontinuierlichen Betrieb angesteuert wird.

Ein Vorteil von dieser Ausgestaltungsform ist das Anbringen komplexer Walzprofilquerschnittsvariationen an dafür vorgese- henen Bauteilbereichen mit unterschiedlichen Bauteillängen.

Dabei wird die Walzprofilieranlage derart gesteuert, dass der zu verändernde Bauteilbereich in der Umformvorrichtung umge- formt wird. Um das Umformen durchführen zu können, wird die Walzprofilieranlage vorzugsweise für ein bis zwei Sekunden angehalten, dabei wird das Walzprofil umgeformt und im An- schluss findet das weitere Walzprofilieren statt. Vorteilhaft erweist sich dabei die Integration des Umformens in den Walz- profilierprozess, wobei der Walzprofiliervorgang konventio- nell durchzuführen ist oder aber als flexibler Rollprofilier- vorgang ausgeführt werden kann.

In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungs- gemäßen Verfahrens wird das Walzprofil zur Änderung des Quer- schnittes kalt umgeformt.

Eine derartige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens hat den wesentlichen Vorteil gegenüber einer herkömmlichen Warmumformung, insbesondere gegenüber einer Vergütung mit an- schließendem Walzprofilieren, dass zum einen niedrigere Pro- zeßkosten verursacht werden und zum anderen eine erhöhte plastische Restdehnung aufgrund eines duktileren Werkstoffzu- standes vorliegt. Zusätzlich weisen die nach dem erfindungs-

gemäßen Verfahren hergestellten Bauteile gegenüber den mit- tels einer herkömmlichen Warmumformung hergestellten Bautei- le, eine höhere Maßgenauigkeit auf, wodurch eine im kalten Zustand durchzuführende Kalibrierung der Bauteile entfällt.

Beispielsweise müssen Träger oder A-, B-, C-oder D-Säulen- strukturen im Kraftfahrzeugbau mit hoher Qualität und damit hoher Maßgenauigkeit in hoher Stückzahl hergestellt werden.

Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine hohe Maß- haltigkeit und eine bessere Verbaubarkeit im Rohbau gewähr- leistet.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungs- gemäßen Verfahrens wird beim Umformen gesickt und/oder auf Zug und/oder Druck, insbesondere tiefgezogen und/oder streck- gezogen, umgeformt.

Hierbei ist es vorteilhaft, dass mit dem integrierten Zug- und/oder Druckumformverfahren, insbesondere mittels Tiefzie- hen, über einen konstanten Profilquerschnitt komplexe Quer- schnittsänderungen in gewünschten Bauteilbereichen einge- bracht werden können, wobei die Wandstärken der Bauteile na- hezu unverändert bleiben. Besonders vorteilhaft erweist sich das erfindungsgemäße Verfahren dadurch, dass sich nach den ersten Walzprofilieren und vor dem weiteren Walzprofilierer metallhaltige Ausgangsmaterialien, insbesondere höherfeste Stähle, ohne negative Beeinträchtigungen der mechanischen Ei- genschaften des umzuformenden Bauteils tiefziehen lassen. So- mit gewährleistet das erfindungsgemäße Verfahren eine Umfor- mung zu komplexen, besonders formsteifen Bauteilen.

Alternativ oder additiv zu dieser Ausgestaltung können mit- tels Streckziehen Bauteile mit veränderten Endabmessunger hergestellt werden, die über einen konstanten Profilquer- schnitt komplexe Querschnittsänderungen in gewünschten Bau- teilbereichen und zusätzlich reduzierte Wandstärken aufwei- sen. Die Kombination von Streckziehen mit Tiefziehen erlaubt großflächige unsymmetrische Bauteile herzustellen.

Alternativ oder additiv dazu werden mittels vorzugsweise in dem Walzprofilierprozess integriertem Sicken, Bauteile herge- stellt, die sowohl variable Querschnittsänderungen als auch in gewünschten Bauteilbereichen geometrisch geformte Verstei- fungen (Sicken) aufweisen.

Eine derartige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens hat den weiteren Vorteil, dass die mittels Tiefziehen und/oder Streckziehen und/oder Sicken bearbeiteten Bauteilbe- reiche nicht in einem einzigen Schritt, sondern stufenweise umgeformt werden können, um einen umformgünstigen Gefügezu- stand über dem Querschnitt des Bauteils einzustellen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungs- gemäßen Verfahrens wird das Walzprofil mittels einer Umform- vorrichtung lokal und damit räumlich begrenzt, d. h. nicht ü- ber die ganze Länge des Bauteils, umgeformt.

Der Vorteil dieser Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt daran, dass beispielsweise durch das örtlich begrenzte Umformen langgestreckte Bauteile mit einer redu- zierten Blechdicke in Zonen geringerer Belastung und mit ei- ner gegebenenfalls leicht erhöhten Blechdicke in Zonen hoher Belastung hergestellt werden können.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich in Abhän- gigkeit der Anforderungen der Einbaustelle für gewünschte Bauteile einen funktionsgemäßen Querschnitt vorzusehen. Dabei findet die lokale Umformung des Walzprofils genau in dem ge- wünschten Bauteilbereich statt, sodass"maßgeschneiderte Bau- teile"hergestellt werden können.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt ebenfalls darin, dass mittels des lokalen örtlich begrenzten Umformens Bauteile wie Längsträger-, Querträger-und Säulenstrukturen,

die einander ähnlich sind, aber unterschiedliche Längen auf- weisen, einfacher herstellbar sind.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ver- fahrens werden als Ausgangsmaterial höherfeste Stähle und/oder Tiefziehstähle und/oder Ti-Legierungen und/oder Ni- Legierungen und/oder metallhaltige Kompositwerkstoffe verwen- det.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Verwen- dung von hoch-und/oder höherfester Stähle als Ausgangsmate- rial, die walzprofiliert, danach umgeformt zu einem Walzpro- fil mit einem variablen Querschnitt und anschließend weiter walzprofiliert werden können. Neben einer Gewichtsreduzierung haben diese Werkstoffe den Vorteil, dass weniger Einbauraum benötigt wird und andererseits die steigenden Sicherheitsan- forderungen im Kraftfahrzeugbau im Bereich von Struktur-und Sicherheitsbauteilen erfüllt werden können.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Herstellung von Trägerstrukturen aus Werksoffen, die mit- tels konventionellem Tiefziehen nicht umformbar sind. Insbe- sondere höherfesten Stähle (s. g. Leichtbaustähle), vorzugs- weise aus der Gruppe der Mehrphasenstähle, wie beispielsweise Dualphasenstähle (DP-Stähle), Complexphasenstähle (CP- Stähle), Martensitphasenstähle (MS-W-Stähle) oder Restauste- nitstähle (Transformation induced plasticity-TRIP-Stähle), die herkömmlich mittels konventionellem Tiefziehen nicht um- geformt werden können, eignen sich hervorragend für das Walz- profilieren mit integriertem Tiefziehen. Diese Stähle zeigen besonders günstige Verfestigungseigenschaften in Bezug auf das Umformbarkeits-Festigkeitsverhältnis. Die Festigkeits- steigerung dieser Stähle wird dadurch erzielt, dass harte Phasen in einer duktilen Werkstoffmatrix eingebracht werden.

Charakteristisch für diese Stähle ist das zusätzlich zu der Verfestigung überlagerte"Bake-Hardening"-Potential, das mit der zunehmenden Umformung größer wird. Die sehr hohe Verfes-

tigung dieser Stähle bei hoher Ausgangsfestigkeit ist beson- ders vorteilhaft für das Crash-Verhalten. Somit erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren eine Steigerung der Festigkeit in gewünschten Bauteilbereichen auch durch die Wahl eines geeig- neten Werkstoffs, ohne dass beispielsweise eine kosteninten- sive Wärmebehandlung benötigt wird.

Alternativ oder additiv dazu können erfindungsgemäß Tiefzieh- stähle in Struktur-und Sicherheitsbauteilen zum Einsatz kom- men, da sie über einen niedrigen Kohlenstoff-Gehalt auch ein feinkörniges, möglichst texturarmes Gefüge verfügen und eine Dehngrenze ohne Fließbereich aufweisen.

Ti-Legierungen oder Ni-Legierungen eignen sich mit herkömmli- chen Umformverfahren nur mäßig zum Verformen. Dennoch können diese mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens umformtech- nisch verarbeitet werden. Mit diesem Verfahren lassen sich / auch Mg-oder Al-Legierungen umformen.

Querträger, hergestellt aus Mg-Legierungen, sind gegenüber entsprechenden Trägern aus Stahl, trotz niedrigerem E-Modul und Festigkeitskennwerten der Mg-Legierungen, leichter.

Es ist denkbar metallhaltige Kompositwerkstoffe für Struktur- und Sicherheitsbauteile anzuwenden. Der Vorteil dieser Werk- stoffe besteht darin, dass sie"maßgeschneidert"für die Bau- teile eingesetzt werden können, sodass Verstärkungen nur ir den gewünschten Bauteilbereichen eingebracht werden können.

Vorteilhaft bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist die Ver- wendung höherfesten Stähle. Typischerweise sind aber diese spröder, ihre Verformbarkeit (Duktilität) sinkt in dem Maße, wie sich ihre Festigkeit erhöht. Das erfindungsgemäße Verfah- ren erlaubt die Umformung solcher Stähle bei einem geeigneter Duktilitäts/Festigkeits-Verhalten. Durch die höhere Festig- keit können zudem Bauteile bei gleicher Stabilität-und da- mit Sicherheit-mit weniger Material gefertigt werden. Die

erhöhte Verformbarkeit gestattet darüber hinaus eine einfa- chere Herstellung komplex geformter Bauteile, wie zum Bei- spiel von Trägerstrukturen.

Ein zentrales Anliegen der Automobilindustrie ist die Redu- zierung des Treibstoffverbrauchs über die Senkung des Fahr- zeugsgewichts bei unveränderter Sicherheit, insbesondere Crashsicherheit, -durch die Konstruktion von leichterer Fahrzeugen kann dies gelingen. Einsparpotenziale bieten hier- bei höherfeste Stähle, da durch die erhöhte Festigkeit weni- ger Material bei gleicher Formstabilität eingesetzt werder kann.

Durch den erfindungsgemäßen Walzprofilierprozess mit integ- riertem Umformen können höherfeste Stähle verformt werden.

Das Umformen der Stähle wird erfindungsgemäß wirtschaftlicl ausgestaltet, in dem alle Verfahrensschritte auf einer Anlage erfolgen können. Dadurch werden die Fertigungszeiten der Bau- teile reduziert.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft eine Walzprofilieranlage zum Profilieren von metallhaltiger Bauteilen mit mindestens einer integrierten Vorrichtung zur Umformen, wobei diese Vorrichtung geeignet ist, den Walzpro- filquerschnitt, insbesondere lokal, zu verändern.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Walzprofilieranlage. besteht darin, dass alle Verfahrensschritte auf einer einzigen Anlage durchführbar sind, wodurch es zu einer Erhöhung der Ausbrin- gung (Produktmengenerhöhung) und zu einer Zeiteinsparung kom- men kann. Eine hohe Ausbringungsmenge pro Zeit ergibt eine hohe Wirtschaftlichkeit der erfindungsgemäßen Walzprofilier- anlage, wobei die Walzprofilieranlage konventionell ausges- taltet ist oder aber als flexible Rollprofilieranlage ausges- taltet werden kann. In den herkömmlichen Walzprofilieranlager wird die Wirtschaftlichkeit jedoch beschränkt durch den hoher Rüst-und Einstellaufwand der Werkzeugsätze. Dies gilt insbe-

sondere bei kleinen Losgrößen. Die Ursache für den hohen Rüst-und Einstellaufwand ist in der herkömmlichen Anlagen- technik begründet, die bei Umstellung auf die Fertigung eines anderen Profils in der Regel einen Werkzeugwechsel bei allen Gerüsten erforderlich macht und hohe Einstellzeiten verursa- chen, die wiederum die Produktivität des Verfahrens negativ beeinträchtigen.

Der Gegenstand der Erfindung zeigt den wesentlichen Vorteil, dass Bauteile mit stark voneinander abweichenden Quer- schnittsänderungen in einer einzigen Walzprofilieranlage mit einer integrierten Umformvorrichtung lokal umgeformt werden können. Dabei entfällt der Transport der walzprofilierten Bauteile zu einer separaten Umformstraße. Das bekannte Logis- tikproblem, das mit konventionellen Walzprofilieranlagen ver- bunden ist, entfällt nach dieser Erfindung.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Walzprofilieranla- ge im Vergleich insbesondere zu einer Biegevorrichtung zum Profilbiegen langgestreckter Bauteile besteht darin, dass mittels der erfindungsgemäßen Walzprofilieranlage mit einer integrierten Umformvorrichtung Walzprofile mit komplexen Pro- filquerschnitten walzprofiliert werden, wie z. B. Walzprofile mit Verjüngungen oder Walzprofile, bei denen sich beispiels- weise die komplette Bauteilflanke verschiebt, wobei der Win- kel der Bauteilflanke erhalten bleibt. Dies ermöglicht die integrierte Fertigung von sehr stabilen Struktur-und Sicher- heitsbauteilen.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Walzprofilieranlage ist die integrierte Vorrichtung zum Umformen parallel zur Transportrichtung des zu profilierenden Bauteils verschiebbar ausgestaltet.

Ein Vorteil dieser Ausführungsform ist das Anbringen komple- xer Querschnittsvariationen in dafür vorgesehenen Bauteilbe- reichen, wobei die Bauteile unterschiedliche Bauteillängen

aufweisen können. Dabei ist die erfindungsgemäße Walzprofi- lieranlage derart ansteuerbar, dass der im Querschnitt zu verändernde Bauteilbereich in der Umformvorrichtung, vorzugs- weise in einer Tiefziehvorrichtung, verformbar ist. Um der Umformvorgang durchführen zu können, wird die Walzprofilier- anlage bevorzugt für ein bis zwei Sekunden angehalten, dabei wird das Bauteil umgeformt und im Anschluss findet das weite- re Walzprofilieren statt. Vorteilhaft erweist sich dabei die Integration der Umformvorrichtung in der Walzprofilieranlage, wobei der Walzprofiliervorgang in der Walzprofilieranlage konventionell durchzuführen ist oder aber als flexibler Roll- profiliervorgang ausgeführt werden kann.

Ferner kann die Umformvorrichtung derart in Transportrichtunc des zu profilierenden Bauteils verschoben werden, dass auf dem selben Walzprofil mehrfach Querschnittänderungen ein- bringbar sind. Des Weiteren kann der Abstand der Quer- schnittsänderungen zueinander variierbar gestaltet werder derart, dass Bauteile gleicher Länge in unterschiedlicher Bauteilbereichen Querschnittsveränderungen aufweisen. Die verschiebbare Ausgestaltung der Vorrichtung zum Umformen er- möglicht durch die Flexibilität der Anlage eine kostengünsti- ge Fertigung, wodurch die Anlage wirtschaftlich ist.

Die Umformvorrichtung kann aber auch räumlich getrennt vor einem ersten Teil der Walzprofilieranlage angeordnet sein, sc dass als erstes ein Walzprofilierprozess durchgeführt wirc und anschließend davon getrennt der Umformvorgang stattfin- det, wobei im Anschluss in einem weiteren Teil der Walzprofi- lieranlage der abschließende Walzprofilierprozess abläuft.

Darüber hinaus ermöglicht die erfindungsgemäße Walzprofilier- anlage eine Herstellung von modularen Bauteilen mit unter- schiedlichen Walzprofilquerschnitten auf einer Walzprofilier- anlage ohne die Verwendung eines zusätzlichen Werkzeuges.

Erst durch die Verwendung des Fertigungsschrittes Walzprofi- lieren können Bauteile modular hergestellt, werden. Somit sind

ähnliche Bauteile, welche sich beispielsweise nur in der Lä ge unterscheiden ohne Rüstvorgänge und separate Werkzeugsät durch entsprechendes Ablängen am Ende der Walzprofilieranla herstellbar. Darüber hinaus führt die modulare Fertigung einer Senkung der Fertigungskosten und zu einer gegenüber e ner Fertigung mit einer konventionellen Tiefziehanlage erhö : ten Wirtschaftlichkeit.

Es ist auch möglich, die Umformvorrichtung starr mit d Walzprofilieranlage zu verbinden.

Alternativ zu dieser Ausführungsform ist es möglich die ii tegrierte Umformvorrichtung in der Walzprofilieranlage qus zur Transportrichtung des zu profilierenden Bauteils ve schiebbar auszugestalten.

Hierdurch ist gewährleistet, dass mittels der erfindungsgems ßen Anlage insbesondere Bauteile, die keine spiegelsymmetr : schen Geometrien in Bezug auf die Längsachse aufweisen, he : stellbar sind.

Darüber hinaus ist diese Ausführungsform besonders für intec rierte Umformvorrichtungen mit kleineren Umformwerkzeugf zweckmäßig.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Walzprofilieranlc ge ist alternativ oder additiv die integrierte Vorrichtur zum Umformen seitlich in der Ebene der Horizontalen in eine senkrechten Winkel gegenüber der Transportrichtung des 2 profilierenden Bauteils parallel verschiebbar angebracht.

Diese Anordnung bietet den Vorteil, dass seitliche Abdrück mit komplexen Geometrien in das Walzprofil einbringbar sind Somit sind seitliche Querschnittsveränderungen in Walzprofi len darstellbar, die mittels herkömmlich angeordneten Tief ziehvorrichtungen nicht herstellbar sind.

Ferner ermöglicht die erfindungsgemäße Walzprolilieranlags die modulare Herstellung von Bauteilen mit komplexen Walzpro filquerschnitten auf einer Walzprofilieranlage ohne die Ver wendung eines zusätzlichen Werkzeuges.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Walzprofilieranla ge mit integrierter Umformvorrichtung ist sie derart ansteu erbar, dass ein diskontinuierlicher Betrieb möglich ist.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Walzprofilier anlage ist der diskontinuierliche Betrieb, mit dem in langge streckten walzprofilierten Bauteilen Querschnittsveränderun gen in verschiedenen Bauteilbereichen während des Profilie rens ohne einen Anlagenwechsel eingebracht werden können. Da bei sind die Zeiten der Ansteuerung in Abhängigkeit von de gewünschten Bauteilveränderung variier-und frei wählbar aus zugestalten.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemä ßen Walzprofilieranlage bezieht sich darauf, dass die Vor- richtung zum Umformen eine Vorrichtung zum Sicken und/oder eine Vorrichtung zum Zug-und/oder Druckumformung, insbeson- dere Tiefziehumformung, darstellt.

Ein Vorteil einer Walzprofilieranlage mit einer oder mehrere : integrierten Vorrichtungen zum Sicken liegt darin, dass mi der Vorrichtung Versteifungssicken nur in den Bereichen de Walzprofils einbringbar sind, bei der eine hohe Steifigkei erforderlich ist.

Besonders vorteilhaft ist es hierbei, dass mittels der Vor richtung zum Tiefziehen in die Walzprofile komplexe Profil querschnitte derart einbringbar sind, dass sich nach de Tiefziehen die komplette Bauteilflanke verschiebt, wobei de : Winkel der Bauteilflanke erhalten bleiben kann.

In einer weiteren Ausführungsform der Walzprofilieranlage weist die integrierte Vorrichtung zum Umformen einen Stempel und einen Niederhalter, sowie insbesondere einen Innenstempel auf.

In besonderem Maße hat sich die erfindungsgemäße Walzprofi- lieranlage mit mindestens einer integrierten Tiefziehvorrich- tung dadurch bewährt, dass trotz des Tiefziehvorgangs in den Stahlwerkstoff ein Werkstofffließen, das charakteristisch für hohe Umformgrade während des Tiefziehens ist, nur in geringe- rem Maße im Bauteil zu beobachten ist.

Ein Vorteil der Tiefziehvorrichtung ist die Ausgestaltung des Stempels, der mehrteilig auszugestalten ist derart, dass die Stempelteile zueinander verschiebbar sind. Hierdurch sind Ab- drücke mit variablen Geometrien in das Walzprofil einbring- bar. Diese Ausgestaltung des Stempels erweist sich als beson- ders wirtschaftlich, da dadurch die Rüstzeiten beim Werkzeug- wechsel entfallen. Somit wird die Ausbringung der Anlage er- höht. Beim Tiefziehen wird der Stempel niedergefahren unc durch einen Niederhalter, der eine Faltenbildung verhindert, erzeugt in dem Walzprofil den gewünschten Querschnitt, wobei das Walzprofil auf einem Innenstempel positioniert ist. Dabei weist der Innenstempel die negative Form des gewünschten Bau- teilprofilquerschnitts auf.

Nachfolgend werden die erfindungsgemäßen Gegenstände anhand von Ausführungsbeispielen und der Figuren 1 und 2 näher er- läutert. Hierbei gehen aus den Figuren und ihrer Beschreibung weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der Er- findung hervor. Dabei zeigen : Fig. 1 Schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Walz- profilierprozesses Fig. 2 Schematische Darstellung einer Tiefziehvorrichtung

Die Fig. 1 stellt schematisch eine beispielhafte Ausführungs form des erfindungsgemäßen Walzprofilierprozesses zum Walz profilieren 4 und 6 eines Ausgangsmaterials. Als Ausgangsma terial werden TRIP-Stähle als Coil 1 verwendet. Die TRIP Stähle sind sehr fest bei erhöhter Duktilität und durch da erfindungsgemäße Verfahren sind diese gut verformbar.

In einem ersten Verfahrensschritt wird das Ausgangsmateria gerichtet 2, danach in einem zweiten markiert 3. Anschließen wird in einem dritten Verfahrensschritt 4 das Ausgangsmateri al in dem ersten Teil der Walzprofilieranlage 17 walzprofi liert. Dabei wird ein einheitliches, über seine Länge kon stantes Walzprofil 14, wie zum Beispiel ein U-Profil, er zeugt. Nach dem dritten Verfahrensschritt 4 wird die Walzpro filieranlage 17 vorzugsweise für eine bis zwei Sekunden an gehalten, um das Walzprofil 14 lokal umzuformen, in dem i einer Tiefziehvorrichtung 16 das Walzprofil 14 verformt wird In diesem Verfahrensschritt wird mittels des Tiefziehens sdas Walzprofil 14 derart kalt umgeformt, dass es lokale Ver änderungen im Querschnitt aufweist.

Die Tiefziehvorrichtung 16 in Fig. 2 umfasst einen Stempe 11, einen Niederhalter 12 und einen Innenstempel 13. Dabe wird die Tiefziehvorrichtung 16 vorzugsweise parallel in de Walzprofilieranlage 17 entlang der Transportrichtung 15 ver fahrbar angeordnet. Die Tiefziehvorrichtung 16 wird dabei i Transportrichtung 15 des zu profilierenden Bauteils derar verschoben, dass auf dem selben Walzprofil 14 mit der eine Tiefziehvorrichtung 16 mehrfach Veränderungen im Querschnit eingebracht werden können.

In einem nächsten Verfahrensschritt findet das weitere Walz profilieren 6 statt. Danach wird gelocht 7 und anschließen beschnitten 8. Beim Beschneiden 8 werden Unebenheiten in de : Bauteil entfernt. In einem nächsten Verfahrensschritt finde ein Fügen 9 statt. Auf der unteren Fläche des Bauteils sin beispielsweise Punktschweißungen möglich.

In einem letzten Verfahrensschritt 10 wird abgelängt. Dabe wird das Bauteil auf die gewünschte Länge geschnitten.

Es sei auch angemerkt, dass die Erfindung nicht nur auf da zuvor geschilderte Ausführungsbeispiel beschränkt ist, son dern vielmehr auf weitere Walzprofilieranlagen übertragba ist.

So ist zum Beispiel denkbar, den im Ausführungsbeispiel be schriebenen Verfahrensschritt Ablängen 10 unmittelbar nac dem Verfahrensschritt Beschneiden 8 durchzuführen.

Außerdem wäre für die Herstellung von Trägerstrukturen ein anderes Ausgangsmaterial denkbar. Beispielsweise können an- statt der vorgeschlagenen TRIP-Stähle, TWIP-Stähle, die star verformbar sind bei erhöhter Festigkeit, oder BTR-Stähle, o- der andere dünne, aber sehr harte Blechlegierungen, wie zum Beispiel Usibor Stahl, oder BOR Stahl, oder BORON Stahl oder beispielsweise ZSTE-Stahl oder zum Beispiel Edelstähle, wie beispielsweise mit Chrom oder Mangan legierte rostfreie Stäh le, verwendet werden.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens is die Reduzierung der Nebenzeiten, beispielsweise der Einricht zeiten. Dabei werden die Wiederanlaufzeiten der Anlage, ins besondere bei den Tiefziehoperationen, verkürzt.

Bezugszeichenliste

1-Coil 2-Richten 3-Markieren 4-Walzprofilieren 5-Tiefziehen 6-Walzprofilieren 7-Lochen 8-Beschneiden 9-Fügen 10-Ablängen 11-Stempel 12-Niederhalter 13-Innenstempel 14-Walzprofil 15-Transportrichtung 16-Tiefziehvorrichtung 17-Walzprofilieranlage




 
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