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Dokumentenidentifikation DE102004041024B4 06.07.2006
Titel Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines längsnahtgeschweißten Hohlprofils
Anmelder ThyssenKrupp Steel AG, 47166 Duisburg, DE
Erfinder Brüggenbrock, Michael, 48720 Rosendahl, DE;
Flehmig, Thomas, Dr.-Ing., 40885 Ratingen, DE;
Rituper, Wladimir, 47169 Duisburg, DE;
Tohfa, Mohamed, 47198 Duisburg, DE
Vertreter COHAUSZ & FLORACK, 40211 Düsseldorf
DE-Anmeldedatum 25.08.2004
DE-Aktenzeichen 102004041024
Offenlegungstag 02.03.2006
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 06.07.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 06.07.2006
IPC-Hauptklasse B21C 37/08(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines längsnahtgeschweißten Hohlprofils aus einem parallele Längskanten aufweisenden Blechzuschnitt.

In der Automobilindustrie werden zunehmend offene, verschweißte Profile durch dünnwandige Hohlprofile ersetzt, deren Ausgangsformen aus längsnahtverschweißten Rohren bestehen. Diese Bauteile sind durch geringe Wandstärken so konzipiert, dass ein minimales Gewicht unter höchster Ausnutzung des Materials erreicht wird.

Damit die technische Funktionalität solcher Space-Frame-Strukturen gewährleistet werden kann, muss der Herstellungsprozess der Bauteile bis hin zur endgültigen Formgebung beherrschbar sein.

Ein wesentliches Element der Prozesskette stellt dabei der Profileinform-Prozess dar, bei dem die als Hohlprofile zum Einsatz kommenden Rohrelemente geformt werden. Zum Einformen spezieller Profile, so genannter "Tailored Tubes" hat sich die diskontinuierliche Arbeitsweise, also die Einformung aus fertig geschnittenen Platinen bewährt. Tailored Tubes sind solche Rohrelemente, die aus Blechabschnitten zusammengesetzt sind, deren Materialeigenschaften an die im praktischen Einsatz oder im Formgebungsprozess auftretenden Belastungen und Erfordernisse angepasst sind.

Zum Einformen von Blechplatinen zu fertig geschweißten Profilen gibt es verschiedene Möglichkeiten. Die meisten Lösungen nutzen jedoch getrennte Arbeitsstationen für das Einformen und das Schweißen (DE 44 32 674 C1).

Eine die Herstellung von längsnahtverschweißten Rohrelementen in einer Station ermöglichende Vorrichtung der eingangs angegebenen Art ist beispielsweise aus der DE 966 111 B bekannt. Bei dieser Vorrichtung wird der Blechzuschnitt zu einem Schlitzrohr umgeformt und verschweißt. Dazu wird ein ebenes Blech zwischen zwei auf einem Werkzeugträger gegeneinander verfahrbare, spiegelbildlich zueinander angeordnete Werkzeughälften gehalten, die jeweils eine die Außenkontur des herzustellenden Rohres bestimmende, halbschalenförmige Ausnehmung besitzen. Die Längskanten des Blechzuschnitts werden dabei so parallel zu den Ausnehmungen der Werkzeughälften ausgerichtet, dass die Werkzeughälften die ihnen jeweils zugeordneten Kanten beim Zusammenfahren aufnehmen und im Querschnitt betrachtet kreisbogenförmig aufeinander zu bewegen. Während des Zusammenfahrens wird der Blechzuschnitt durch Halter fixiert, die an den den beiden kurzen Kanten des Blechzuschnitts zugeordneten Enden der Mittellängsachse des Blechzuschnitts positioniert sind. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass sich der Blechzuschnitt in Folge des Zusammenfahrens der Werkzeughälften in einer gleichmäßigen Bewegung entlang der durch die Ausnehmungen der Werkzeughälften vorgegebenen Kontur schiebt, bis seine Längskanten im Scheitelpunkt aufeinander treffen. Das so gebildete Schlitzrohr wird in dieser Position gehalten, um seine Längskanten zu verschweißen. Um den Schlitzbereich des Schlitzrohres zugänglich zu machen, werden dann die oberen Endabschnitte der Werkzeughälften aufgeklappt. Anschließend werden die im Schlitzbereich einander zugeordneten Längskanten miteinander längsnahtverschweißt.

Ein entscheidender Nachteil der aus der DE 966 111 B bekannten Vorgehensweise besteht darin, dass sie eine bestimmte Mindeststeifigkeit des verarbeiteten Blechs voraussetzt. Nur so ist gewährleistet, dass sich das Blech beim Zusammenfahren der Werkzeughälften gleichförmig zu dem Schlitzrohr krümmt. Dünne Bleche lassen sich auf diese bekannte Weise nicht gezielt zu einem Rohr mit einer exakt vorbestimmten Querschnittsform verformen, sondern bilden im Zuge des Verformungsvorgangs unkontrollierbar Kanten und Falten aus, die das erhaltene Rohrelement unbrauchbar machen. Auch führt das Verschweißen eines gemäß dem aus der DE 966 111 B bekannten Verfahrens geformten Schlitzrohres zu unerwünschten Verformungen, wenn das Blech so dünn ist, dass es die beim Schweißen unvermeidbar auf ihm lastenden Kräfte nicht aufnehmen kann.

Ein Versuch, die Nachteile von Vorrichtungen der voranstehend erläuterten Art zu beseitigen, ist aus der WO 99/67037 A1 bekannt. Die aus dieser Druckschrift bekannte Vorgehensweise verbindet das Einformen und Schweißen in einer Arbeitsstation. Dazu wird ein Werkzeug eingesetzt, das nach dem Vorbild der DE 966 111 B zwei auf einem Werkzeugträger gegeneinander verfahrbare Werkzeughälften mit jeweils einer zylindrischen, halbschalenförmigen Ausnehmung aufweist. Zusätzlich ist den Ausnehmungen der Werkzeughälften jeweils eine Innendornhälfte zugeordnet, die unter Freilassung eines Spaltes zwischen ihrer Umfangsfläche und der Innenfläche der Ausnehmung in der jeweiligen Ausnehmung positioniert und fest mit der jeweiligen Werkzeughälfte verbunden ist. Auf diese Weise ist im Bereich der Ausnehmung jeder Werkzeughälfte ein Ringspalt gebildet.

Zum Formen des Rohrelements wird das zu verformende dünne Blech so zwischen die Werkzeughälften gelegt, dass seine Längskanten beim anschließenden Zusammenfahren der Werkzeughälften in den in der jeweiligen Werkzeughälfte gebildeten Ringspalt eingefädelt wird. Beim weiteren Zusammenfahren der Werkzeughälften schieben sich die Längskanten weiter den Längsspalt hinauf und das Blech wird zu einem Schlitzrohr gebogen. Die gleichzeitig auf der Innen- und Außenseite des Blechabschnitts erfolgende Abstützung des Blechzuschnitts im Bereich des Ringspaltes stellt dabei sicher, dass es zu keiner unerwünschten Falten- und Kantenbildung kommt.

Dieser als "Einrollen" bezeichnete Formvorgang ist abgeschlossen, wenn sich die Längskanten im Scheitel des erhaltenen Schlitzrohres treffen. Nach einem Nachrunden des Kantenstoßes mittels einer Rolle kann dieses Schlitzrohr im Bereich seines Schlitzes verschweißt werden, ohne dass dazu das Rohr in eine andere Vorrichtung verbracht werden muss.

Das aus der WO 99/67037 A1 bekannte Verfahren ermöglicht zwar die Herstellung exakt geformter Rohrelemente, zeigt in der Praxis jedoch einige Nachteile. So erfordert die geteilte Ausführung des Innendornes eine hohe Fertigungsgenauigkeit bei der Herstellung der in der bekannten Vorrichtung eingesetzten Werkzeuge. Auch ist die Ausgestaltung der Maschine komplex, da zum Trennen des fertig verschweißten Rohr-Hohlprofils von dem geteilten Innendorn aufwändige Zugeinheiten und während des Einformens spezielle Niederhalter benötigt werden. Darüber hinaus besteht besonders bei der Verarbeitung dünner Bleche nach wie vor die Gefahr, dass es beim Verschweißen aufgrund der dabei auftretenden Kantenbelastungen zu unerwünschten Verformungen im Bereich der Schweißnaht kommt.

Ausgehend von dem voranstehend erläuterten Stand der Technik bestand die Aufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die mit reduziertem apparativen Aufwand bei verkürzten Fertigungszeiten die Herstellung von exakt geformten Hohlprofilen ermöglichen.

In Bezug auf das Verfahren wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Herstellen eines längsnahtgeschweißten Hohlprofils aus einem definierte Längskanten aufweisenden Blechzuschnitt gelöst,

  • – bei dem der Blechzuschnitt zwischen zwei in einer Ausgangsstellung, in der sie auseinander gefahren sind, befindliche Werkzeugteile gelegt wird, die jeweils eine Ausnehmung aufweisen, die die Außenform mindestens eines Abschnitts des herzustellenden Hohlprofils bestimmt,
  • – bei dem anschließend ein Dorn, dessen Außenform die Innenform des herzustellenden Hohlprofils bestimmt, so in der Ausnehmung des einen Werkzeugteils ausgerichtet wird, dass zwischen seiner Umfangsfläche und der Innenfläche der Ausnehmung ein Spalt gebildet ist, dessen Dicke mit einem geringen Übermaß der Dicke des zu verformenden Blechzuschnitts entspricht,
  • – bei dem das Blech im Bereich seiner vom Dorn abgewandten Hälfte gehalten wird,
  • – bei dem das dem Dorn zugeordnete Werkzeugteil mit dem Dorn unter Aufrechterhaltung des Spaltes in Richtung der vom Dorn abgewandten Längskante des Blechzuschnitts so verschoben wird, dass der Blechzuschnitt mit seiner dem Dorn zugeordneten Längskante in den Spalt einläuft, bis sie ein Einschubende erreicht hat,
  • – bei dem der Dorn in der Ausnehmung des anderen Werkzeugteils derart ausgerichtet wird, dass zwischen der Außenfläche des Dorns und der Innenfläche dieser Ausnehmung ein Spalt ausgebildet ist, dessen Dicke mit einem geringen Übermaß der Dicke des zu verformenden Blechzuschnitts entspricht,
  • – bei dem das nun dem Dorn zugeordnete Werkzeugteil mit dem Dorn unter Aufrechterhaltung des Spaltes in Richtung der vom Dorn abgewandten Längskante des Blechzuschnitts so verschoben wird, dass der Blechzuschnitt mit seiner dem Dorn zugeordneten Längskante in den Spalt einläuft, bis sie ein Einschubende erreicht hat und aus dem Blechzuschnitt ein den Dorn an seinen Umfangsflächen umgebendes Schlitzprofil gebildet ist,
  • – bei dem der Dorn aus dem Innenraum des Schlitzprofils bewegt wird,
  • – bei dem die den Schlitz begrenzenden Längskanten des Blechzuschnitts miteinander verschweißt werden, wobei das Schlitzprofil von den Werkzeugteilen gehalten wird, und
  • – bei dem die Werkzeugteile in ihre Ausgangsstellung gefahren werden, um das fertig verschweißte Hohlprofil aus den Werkzeugteilen zu entnehmen.

Anders als beim in der WO 99/67037 A1 schriebenen Stand der Technik sieht es die Erfindung vor, die Verformung des Blechzuschnitts zu einem Schlitzprofil, das anschließend zu dem fertigen Hohlprofil verschweißt wird, in mindestens zwei Fertigungsstufen vorzunehmen. Dazu wird ein Dorn eingesetzt, der in der ersten Stufe dem einen Werkzeugteil und in der zweiten Stufe dem zweiten Werkzeugteil zugeordnet wird, um mit der Ausnehmung des jeweiligen Werkzeugteils jeweils einen Spalt zu bilden, in den jeweils ein Abschnitt des Blechzuschnitts eingefädelt wird.

Die mindestens zweistufig erfolgende Formgebung des Blechzuschnitts ermöglicht es, einen Dorn für die Abstützung des Blechzuschnitts während der Erzeugung des Schlitzprofils zu verwenden, der eine in sich abgeschlossene Baueinheit bildet und als solche durch eine einfache Stelleinrichtung bewegt werden kann. Schon auf diese Weise ist der für die Herstellung des Hohlprofils erforderliche apparative Aufwand deutlich reduziert.

Hinzukommt, dass durch die mindestens zweistufig erfolgende Verformung des Blechzuschnitts zu dem Schlitzprofil auch die Sicherheit, mit der diese Formgebung erfolgt, deutlich erhöht ist. So befindet sich jeweils nur eine Hälfte des Blechzuschnitts in der Verformung, während die andere Hälfte sicher gehalten wird. Auf diese Weise wird eine verbesserte Stabilität des Blechzuschnitts während des Verformungsvorgangs erreicht mit dem Erfolg, dass der Verformungsvorgang insgesamt schneller erfolgen kann. Auch ist die Gefahr von Störungen durch ein Verkanten des Blechs im jeweils gebildeten Spalt auf diese Weise auf ein Minimum reduziert. Das Einschieben des Blechzuschnitts in den Spalt kann daher mit erhöhter Geschwindigkeit erfolgen. Darüber hinaus ist auch der für das Trennen von Dorn und Hohlprofil erforderliche Aufwand dadurch, dass der Dorn im Ganzen bewegt werden kann, reduziert, so dass auch dessen Bewegungen schnell erfolgen können. Im Ergebnis wird so erreicht, dass trotz der zweistufigen Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Fertigungszeit insgesamt gegenüber den im Stand der Technik erreichbaren Fertigungszeiten bei gleichzeitig gesteigerter Fertigungsgenauigkeit verkürzt sind.

In Bezug auf die Vorrichtung wird die oben genannte Aufgabe in entsprechender Weise durch eine Vorrichtung zur Herstellung eines längsnahtgeschweißten Hohlprofils aus einem definierte Längskanten aufweisenden Blechzuschnitt gelöst, die mit mindestens zwei aus einer Ausgangsstellung, in der sie auseinander gefahren sind, in eine Formstellung gegeneinander zustellbaren Werkzeugteilen, die jeweils eine Ausnehmung aufweisen, die die Außenform mindestens eines Abschnitts des herzustellenden Hohlprofils bestimmt, und mit einer Schweißeinrichtung zum Verschweißen der Längskanten des Blechzuschnitts nach seiner Verformung zu einem Schlitzprofil ausgestattet ist, wobei erfindungsgemäß

  • – ein Dorn, der von einer Stelleinrichtung getragen ist, die ihn aus einer ersten Stellung, in der er in der Ausnehmung des einen Werkzeugteils unter Ausbildung eines Spaltes zwischen der Innenfläche der Ausnehmung dieses Werkzeugteils und der Umfangsfläche des Dorns positioniert ist, in eine zweite Stellung bewegt, in der er in der Ausnehmung des zweiten Werkzeugteils unter Ausbildung eines Spaltes zwischen der Innenfläche der Ausnehmung dieses Werkzeugteils und der Umfangsfläche des Dorns positioniert ist, und
  • – eine Halteeinrichtung zum Halten des Blechzuschnitts im Bereich einer seiner Längskanten vorgesehen sind.

Eine besonders einfach und schnell durchzuführende Möglichkeit der Trennung des Dorns von dem zu fertigenden Hohlprofil kann dadurch geschaffen werden, dass gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung die Werkzeugteile unter Mitnahme der in ihren Ausnehmungen jeweils liegenden Abschnitten der Blechzuschnitte so weit aufgefahren werden, dass der Dorn durch die zwischen den Längskanten des Schlitzprofils dann erweiterte Öffnung bewegt werden kann.

Die Formhaltigkeit erfindungsgemäß erzeugter Hohlprofile kann dadurch verbessert werden, dass die Werkzeugteile, nachdem der Dorn aus dem Schlitzprofil heraus bewegt ist, solange gegen einander geschoben werden, bis der Kantenstoß geschlossen ist bzw. eine minimale Weite erreicht hat.. Auf diese Weise können auch im Bereich des Kantenstoßes und der dort herzustellenden Schweißnaht Form- und Maßabweichungen minimiert werden. Darüber hinaus erleichtert die Minimierung der Schlitzweite den für die Verschweißung erforderlichen Aufwand. Besonders einfach und betriebssicher lässt sich das Zusammenschieben der Längskanten im Bereich des Schlitzes des aus dem Blechzuschnitt vorgeformten Schlitzprofils dann bewerkstelligen, wenn die Sollweite des Schlitzes durch einen in den Schlitz gehaltenen Anschlag vorgegeben wird. Der dazu erforderlich apparative Aufwand kann dabei dadurch minimiert werden, dass der Anschlag von dem Dorn getragen ist. Der Anschlag ist dabei bevorzugt schwertartig ausgebildet und erstreckt sich über die Länge des Schlitzes des Schlitzprofils.

Die Exaktheit der Formgebung eines erfindungsgemäß hergestellten Hohlprofils kann zusätzlich dadurch verbessert werden, dass das Zusammenfahren der Werkzeugteile zum Einstellen des Kantenstoßes des aus dem Blechzuschnitt vorgeformten Schlitzprofils mindestens in zwei Stufen erfolgt. Jede Stufe kann dabei für ein Kalibrieren des Schlitzprofils genutzt werden, so dass bereits die Form des Schlitzprofils mit jeder Stufe der Verformung immer perfekter an die geforderte Endform des fertigen Hohlprofils angepasst wird. Diese mehrstufige Formgebung kann dadurch unterstützt werden, dass der Anschlag mindestens einen Absatz, insbesondere zwei unterschiedlich dicke Absätze, aufweist. Sind zwei unterschiedlich dicke Absätze vorgesehen, so kann der erste die Sollweite des Schlitzes in der ersten Stufe und der zweite die Sollweite des Schlitzes in der zweiten Stufe des Zusammenfahrens bestimmen.

Nach dem Schweißprozess besteht eine weitere Möglichkeit der Formgebung durch einen Innenhochdruckumformprozess. Bei nach wie vor zusammengefahrenen Werkzeugteilen ermöglicht dieses Innenhochdruckverformen, Nebenformelemente in das Hohlprofil einzubringen. Zu diesem Zweck können in den Werkzeugteilen Ausnehmungen vorgesehen sein, wobei die vorgegebene Sollform durch dieses Verfahren angepasst wird.

Eine weitere, den apparativen Aufwand minimierende Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass der Dorn derart auf den Blechzuschnitt abgesenkt wird, dass er eine den Blechzuschnitt auf einem Untergrund fest haltende Druckkraft ausübt.

Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann dadurch zusätzlich vereinfacht werden, dass bei den Werkzeugteilen der Anschlag, der beim Einschieben der Blechzuschnitte deren Einschubende festlegt, aus einer Arbeitsstellung, in der er an der Längskante der Ausnehmung positioniert ist, in eine Ruhestellung überführbar ist. In der Ruhestellung sind die miteinander zu verschweißenden Längskanten des aus dem Blechzuschnitt vorgeformten Schlitzprofils frei zugänglich, so dass sowohl die Einstellung der Sollweite des Schlitzes des Schlitzprofils als auch die Verschweißung selbst problemlos vorgenommen werden können.

An in erfindungsgemäßer Weise hergestellten Hohlprofilen können Nebenformelemente, wie Sicken oder ähnliche Prägungen, auf einfache Weise dadurch hergestellt werden, dass bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung der Dorn eine Prägeeinrichtung zum Prägen des um ihn gelegten Blechs aufweist. Um dabei auch größervolumige Formelemente sicher auszubilden, kann zu diesem Zweck die Prägeeinrichtung als über den Umfang des Dorns hinaus verfahrbare Prägestempel und die in den Ausnehmungen der Werkzeugteile vorhandenen Formelemente als Gegenstück für die von der Prägeeinrichtung erzeugte Formgebung ausgebildet sein. In entsprechender Weise kann im Bereich mindestens einer der Ausnehmungen der Werkzeugteile eine Prägeeinrichtung vorgesehen sein, wobei dazu die Prägeeinrichtung ebenfalls als Prägestempel und im Dorn ein Formelement als Gegenstück für die von der Prägeeinrichtung erzeugte Formgebung ausgebildet sein kann. Die jeweils eingesetzten Prägeeinrichtungen werden bevorzugt hydraulisch betrieben, um die erforderlichen Presskräfte sicher aufbringen zu können. Denkbar sind auch Prägeeinrichtungen, die pneumatisch, mechanisch oder elektrisch betrieben werden.

Das für das Einfädeln des Blechzuschnitts in den zwischen der Umfangsfläche des Dorns und der Innenfläche der jeweiligen Ausnehmung gebildeten Spalts erforderliche Übermaß der Spaltdicke kann auf einfache Weise dadurch hergestellt werden, dass die Außenform des Dorns um ein geringes Untermaß kleiner ist als die Innenform des herzustellenden Hohlprofils. Praktische Versuche haben ergeben, dass es ausreicht, wenn dieses Untermaß bis zu 0,2 mm gegenüber der Sollinnenform des zu erzeugenden Hohlprofils beträgt, dass also die Dicke des Spalts nur um bis zu 0,2 mm größer sein muss als die Dicke des jeweils verarbeiteten Blechs.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor und werden nachfolgend anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch in einem Vertikalschnitt quer zur Längserstreckung, soweit nicht anders angegeben:

111 eine Vorrichtung zum Formen eines rohrförmigen Hohlprofils in verschiedenen Betriebsstellungen;

12 die Vorrichtung gemäß 1 beim Verschweißen eines aus dem Blechzuschnitt geformten Schlitzprofils in einem Teilausschnitt in teilweise aufgebrochener perspektivischer Ansicht.

Die Vorrichtung 1 zum Herstellen eines längsnahtverschweißten rohrförmigen Hohlprofils R umfasst zwei Werkzeugteile 2,3, die auf einer Grundplatte G gegeneinander verfahrbar gelagert sind. Die Arbeitslänge der Vorrichtung 1 für die Herstellung von Hohlprofilen R in Form von Rohrelementen beträgt beispielsweise bis zu 3.000 mm.

Zum Zusammen- und Auseinanderfahren der Werkzeugteile 2,3 sind hier nicht gezeigte Stelleinrichtungen vorgesehen, von denen jeweils mehrere, beispielsweise vier, in Längsrichtung der Werkzeugteile 2,3 verteilt angeordnet sein können, um eine möglichst gleichförmige Bewegung der Werkzeugteile 2,3 und eine ebenso gleichförmige Übertragung der von den Werkzeugteilen 2,3 ausgeübten Kräfte sicherzustellen. Die Stelleinrichtungen sind dabei so ausgelegt, dass sie die Werkzeugteile 2,3 mit einer Geschwindigkeit von 1 mm/s bis 80 mm/s bewegen und dabei eine Kraft von mindestens 7.500 kN ausüben können.

In die dem jeweils anderen Werkzeugteil 2,3 zugeordnete Seite der Werkzeugteile 2,3 ist jeweils eine halbschalenförmige Ausnehmung 4,5 eingeformt. Der Radius der Einwölbung der Innenflächen 6,7 der Ausnehmungen 4,5 entspricht dabei dem Außenradius des herzustellenden Hohlprofils R.

Des Weiteren weist die Vorrichtung 1 einen aus einem Vollmaterial gefertigten Dorn 8 auf, der mittels einer nicht dargestellten Stelleinrichtung aus einer Wartestellung in seine verschiedenen Arbeitsstellungen bewegt werden kann. Die nicht gezeigte Stelleinrichtung ist dabei so eingerichtet, dass sie den Dorn 8 in vertikaler Richtung verstellen kann, um eine Haltekraft auf ein auf die Grundplatte G zwischen die in Ausgangsstellung befindlichen Werkzeugteile 2,3 gelegten Blechzuschnitt B auszuüben.

Im Bereich seines der Grundplatte G zugeordneten Scheitels ist in den Dorn 8 eine nutförmige Ausnehmung 9 eingeformt. Die Ausnehmung 9 bildet eine Führung für einen schwertartig geformten, nach Art einer Leiste ausgebildeten Anschlag 10, dessen Länge der Länge des Dornes 8 entspricht. Die Höhe der Ausnehmung 9 entspricht dabei mindestens der Höhe des Anschlags 10, so dass der Anschlag 10 bei auf dem Blechzuschnitt B aufsitzendem Dorn 8 vollständig und selbsttätig in die Ausnehmung 9 eingeschoben ist, während er beim Anheben des Dorns 8 durch eine nicht dargestellte Stelleinrichtung in eine ausgefahrene Stellung bewegt wird oder sich durch die Wirkung der Schwerkraft ebenso selbsttätig in diese ausgefahrene Stellung bewegt, in der er über den unten liegenden Scheitel des Dorns 8 hinaus steht. In der ausgefahrenen Stellung ist der Anschlag 10 durch nicht gezeigte Sicherungselemente gehalten.

Der Anschlag 10 weist einen im Querschnitt rechteckigen oberen Abschnitt 10a auf, mit dem er in der Ausnehmung 9 geführt ist. An den Abschnitt 10a schließt sich ein erster Absatz 10b an, der sich über die Länge des Dorns 8 erstreckt und der im Querschnitt betrachtet mittig zum Abschnitt 10a ausgerichtet ist. Die Dicke des ersten Absatzes 10b entspricht an seinem an den oberen Abschnitt 10a angrenzenden Bereich der Sollweite des Schlitzes Z eines aus dem Blechzuschnitt B vorgeformten, rohrförmigen Schlitzprofils Sr nach einer ersten Verformungsstufe. Dabei ist der Absatz 10b schneidenartig, im Querschnitt spitz zulaufend ausgebildet.

Zum Schweißen des aus dem Blechzuschnitt B geformten Schlitzprofils Sr wird bevorzugt eine Laserschweißeinrichtung 11 eingesetzt. Es ist jedoch auch denkbar, andere Schweißaggregate, beispielsweise induktiv arbeitende Schweißeinrichtungen, zu verwenden, die eine wirtschaftliche Verschweißung der einander zugeordneten Längskanten im Bereich des Schlitzes Z des Schlitzprofils Sr ermöglichen.

Die Laserschweißeinrichtung 11 ist an einem Träger 12 befestigt, der mittels einer nicht dargestellten Stelleinrichtung entlang des Schlitzes Z bewegt werden kann. Des Weiteren trägt der Träger 12 eine Nachformrolle 13, die in Schweißrichtung F mit geringem Abstand vor der Laserschweißeinrichtung 11 angeordnet ist. Mindestens die Laserschweißeinrichtung 11 sollte von einem hier nicht gezeigten Gehäuse umgeben sein, um die Bedienperson vor der Lichtstrahlung zu schützen.

Zusätzlich kann der Träger 12 eine hier nicht dargestellte Reinigungseinrichtung tragen, die den Schweißbereich reinigt, bevor die Laserschweißeinrichtung 11 ihn erreicht. Die Reinigungseinrichtung kann den im Schweißbereich vorhandenen Schmutz absaugen, abbürsten oder wegspülen.

Zur Nivellierung der Bandkanten können Gleitschuhe 14 oder Rollen vorgesehen werden, die ebenfalls an dem Träger 12 befestigt werden. Der Träger 12 kann darüber hinaus eine Zuführleitung tragen, über die Schutzgas in den Schweißbereich geleitet wird. Bevorzugt wird der Träger 12 von einer Stelleinrichtung bewegt, die in exakt drei Freiheitsgraden (X-, Y-, Z-Richtung) steuerbar ist.

Um die Ausbringrate bei Verwendung einer Schmelzstrahlschweißquelle zu erhöhen, kann die Vorrichtung 1 als Twin-Vorrichtung ausgeführt sein. Dies ermöglicht es, die eine Vorrichtung mit einem neuen Blechzuschnitt B zu beladen und einzuformen, während in der anderen Vorrichtung noch die Verschweißung vorgenommen wird.

Im Bewegungsbereich des zweiten Werkzeugteils 3 ist in die Grundplatte G eine sich in Längsrichtung der Werkzeugteile 2,3 erstreckende Ausnehmung 15a eingeformt, in der ein Haltebalken 16 sitzt. Der Haltebalken 16 kann mittels nicht gezeigter Stelleinrichtungen aus einer Ruheposition, in der seine obere Seite 16a bündig mit der Oberseite der Grundplatte G abschließt, in eine Haltestellung angehoben werden, in der ein in den Balken auf seiner dem ersten Werkzeugteil 2 zugeordneten Seite eingeformter Halteschlitz 16b mit seiner Unterkante bündig zur Oberseite der Grundplatte G angeordnet ist.

Auf den Werkzeugteilen 2,3 sind jeweils Anschläge 17,18 in Form von Zentrierhebeln montiert, die aus einer oberhalb der Werkzeugteile 2,3 befindlichen Ruhestellung in eine Arbeitsstellung überführt werden können, in der sie über die obere Längskante der Ausnehmungen 4,5 der Werkzeugteile 2,3 hinaus in Richtung der Grundplatte G zeigen und die Ausnehmungen 4,5 an diesen Längskanten begrenzen.

Zu Beginn des Herstellungsprozesses wird der Dorn 8 so im Bereich des einen Werkzeugteils 2 positioniert, dass er mit seiner diesem Werkzeugteil 2 zugeordneten Abschnitt seines Umfangs in der Ausnehmung 4 dieses Werkzeugteils 2 angeordnet ist. Auf diese Weise ist zwischen der betreffenden Umfangsfläche des Dorns 8 und der Innenfläche 6 der betreffenden Ausnehmung 4 ein Spalt 15 gebildet, dessen Dicke um ein Übermaß von max. 0,2 mm größer ist als die Dicke des zu verformenden Blechzuschnitts B.

Der Haltebalken 16 befindet sich in seiner angehobenen Stellung, so dass sein Halteschlitz 16b frei zugänglich ist.

Der Blechzuschnitt B wird auf die Grundplatte G unterhalb des Dornes 8 gelegt. Dabei ist die Position des Blechzuschnitts B so ausgerichtet, dass seine eine Längskante unmittelbar am Eintritt des Spaltes 15 angeordnet ist, während seine andere Längskante im Halteschlitz 16b des Haltebalkens 16 liegt (1).

Nicht dargestellte Seitenführungen an den Werkzeugteilen 2,3 und an der Grundplatte G verhindern ein Abdriften des Blechzuschnitts B während des nun einsetzenden Einrollvorganges. Dabei werden das erste Werkzeugteil 2 und der Dorn 8 gleichsinnig in Richtung der Mittelachse M der Vorrichtung 1 geschoben, so dass die dem Werkzeugteil 2 zugeordnete Hälfte des Blechzuschnitts B selbsttätig in den Spalt 15 einfädelt und zur einen Hälfte des vorzuformenden Schlitzprofils Sr gebogen wird. Dieser Vorgang läuft so lange, bis die Längskanten dieser Hälfte auf den Anschlag 17 stoßen, der das Einschubende für das Einschieben der betreffenden Hälfte des Blechzuschnitts B markiert. Während dieses Einrollvorgangs wird die andere Längskante des Blechzuschnitts B in dem Haltebalken 16 gehalten, der dabei das Gegenlager für die mit dem Einschieben des Blechzuschnitts B in den Spalt 15 einhergehenden Kräfte bildet (2).

Sobald das erste Einschubende erreicht ist, wird der Prozessschritt gestoppt und das Werkzeugteil 2 mit dem Dorn 8 so weit in die entgegen gesetzte Richtung bewegt, bis der Blechzuschnitt B vollständig aus dem Halteschlitz 16b des Haltebalkens 16 gezogen ist. Anschließend wird der Haltebalken 16 in seine Ruheposition abgesenkt (3).

Nach Absenken des Haltebalkens 16 fährt der Dorn 8 zum zweiten Werkzeugteil 3 und wird so ausgerichtet, dass zwischen seinem dem Werkzeugteil 3 zugeordneten Umfangsabschnitt und der Ausnehmung 5 des Werkzeugteils 3 ein Spalt 19 gebildet ist, dessen Dicke wiederum um ein geringes Übermaß größer ist als die Dicke des Blechzuschnitts B (4).

Anschließend wird das Werkzeugteil 3 mit dem Dorn 8 in Richtung der Mittelachse M bewegt. Die dem Werkzeugteil 3 zugeordnete Längskante des Blechzuschnitts B fädelt dabei in den Spalt 19 ein, so dass bei weiter fortgesetzter Bewegung des Werkzeugteils 3 und des Dorns 8 die zweite Hälfte des Blechzuschnitts B im Spalt 19 zur zweiten Hälfte des vorzuformenden Schlitzprofils Sr gebogen wird, bis das durch den Anschlag 18 definierte Einschubende an der oberen Längskante der Ausnehmung 7 erreicht ist. In dieser Stellung ist die Längsachse des Dorns 8 koaxial zur Mittelachse M der Vorrichtung 1 ausgerichtet. Nun erfolgt ein Vorkalibrierschritt, bei dem beide Werkzeugteile 2,3 noch einmal um einen geringen Betrag gegen die Mittelachse M zusammengefahren werden. Dabei kalibriert sich das Schlitzprofil Sr einschließlich einer Abrundung seiner seinen Schlitz Z begrenzenden Kantenbereiche (5).

Im nächsten Schritt fahren die Werkzeugteile 2,3 wieder auseinander. Dabei werden die in den Ausnehmungen 4,5 der Werkzeugteile 2,3 jeweils sitzenden Hälften des Schlitzprofils Sr so weit auseinander gezogen, dass die Weite des Schlitzes größer ist als die Breite des Dorns 8 (6).

Nun kann der Dorn 8 in vertikaler Richtung und bei Bedarf auch in horizontaler Richtung aus dem Schlitzprofil 8 bewegt werden, bis er eine erste Stellung außerhalb des Schlitzprofils Sr erreicht hat. Dabei fährt selbsttätig der Anschlag 10 aus der Ausnehmung 9 des Dorns 8 heraus. Die erste Stellung des Dorns 8 ist dabei so ausgerichtet, dass in dieser Position der erste Absatz 10b des Anschlags 10 im Bereich des Spalts Z des Schlitzprofils Sr angeordnet ist. Die das Einschubende jeweils definierenden Anschläge 17,18 auf den Werkzeugteilen 2,3 werden gleichzeitig in ihre Ruhestellung bewegt, in der sie sich außerhalb des Bereiches des Schlitzes Z und entfernt von diesem auf dem jeweiligen Werkzeugteil 2,3 befinden. Danach fahren beide Werkzeugteile 2,3 wieder aufeinander zu und drücken die den Schlitz Z begrenzenden Längskanten gegen den Absatz 10b des Anschlags 10. Mit dem weiteren geringen Zusammenfahren erfolgt dann das endgültige Kalibrieren des Schlitzprofils Sr, bei dem unter hoher Krafteinwirkung ein definiertes Stauchen und Formkalibrieren stattfindet (7).

Nach diesem Kalibrieren wird der Dorn 8 solange vertikal angehoben, bis der Anschlag 10 vollständig aus dem Schlitz Z des Schlitzprofils Sr gezogen ist. Daraufhin oder in zeitlicher Überlagerung werden die Werkzeugteile 2,3 zusammengefahren, bis die Längskanten des Schlitzes Z einander berühren und einen I-Stoß bilden. Anschließend wird der Dorn 8 horizontal in eine Ruhestellung bewegt (8).

Im Bereich dieses I-Stoßes werden dann die Längskanten mittels der Laserschweißeinrichtung 11 miteinander verschweißt, so dass ein längsnahtverschweißtes rohrförmiges Hohlprofil R erhalten wird (9).

Um die Form dieses rohrförmigen Hohlprofils R weiter zu verändern, wird nun noch ein Innenhochdruckumformen durchgeführt. Dazu werden die Enden des Hohlprofils R mit nicht dargestellten hydraulischen Dichtzylindern abgedichtet und das Hohlprofil R über diese Zylinder mit einer Wirkmedienflüssigkeit gefüllt, die mit einem für die Umformung ausreichenden Druck beaufschlagt ist. Während dieses Vorganges wird der Nahtbereich des Hohlprofils R durch geeignete, nicht dargestellte Gegenhalter, wie z.B. die Anschläge 17,18 gegen ungewolltes Aufwölben gesichert. Auch die Werkzeugteile 2,3 sind währenddessen in ihrer Position blockiert. Ist ein Nachschieben in Längsrichtung des Hohlprofils R erforderlich, kann dies über die Dichtzylinder erfolgen (10).

Nach der Druckentlastung, dem Absaugen der Wirkmedienflüssigkeit und dem Auseinanderfahren der Werkzeugteile 2,3 in ihre Ausgangsstellung kann das fertige rohrförmige Hohlprofil R entnommen werden.

1Vorrichtung zum Herstellen eines Hohlprofils R 2,3Werkzeugteile 4,5Ausnehmungen 6,7Innenflächen der Ausnehmungen 4,5 8Dorn 9Ausnehmung 10Anschlag 10aoberer Abschnitt des Anschlags 10 10bAbsatz des Anschlags 10 11Laserschweißeinrichtung 12Träger 13Nachformrolle 14Gleitschuhe, Rolle 15Spalt 15aAusnehmung 16Haltebalken 16aobere Seite des Haltebalkens 16 16bHalteschlitz des Haltebalkens 16 17,18Anschläge 19Spalt BBlechzuschnitt FSchweißrichtung GGrundplatte MMittelachse der Vorrichtung 1 RHohlprofil SrSchlitzprofil ZSchlitz des Schlitzprofils Sr

Anspruch[de]
  1. Verfahren zum Herstellen eines längsnahtgeschweißten Hohlprofils (R) aus einem definierte Längskanten aufweisenden Blechzuschnitt (B),

    – bei dem der Blechzuschnitt (B) zwischen zwei in einer Ausgangsstellung, in der sie auseinander gefahren sind, befindliche Werkzeugteile (2,3) gelegt wird, die jeweils eine Ausnehmung (4,5) aufweisen, die die Außenform mindestens eines Abschnitts des herzustellenden Hohlprofils (R) bestimmt,

    – bei dem anschließend ein Dorn (8), dessen Außenform die Innenform des herzustellenden Hohlprofils (R) bestimmt, so in der Ausnehmung (4) des einen Werkzeugteils (2) ausgerichtet wird, dass zwischen seiner Umfangsfläche und der Innenfläche der Ausnehmung (4) ein Spalt (15) gebildet ist, dessen Dicke mit einem geringen Übermaß der Dicke des zu verformenden Blechzuschnitts (B) entspricht,

    – bei dem der Blechzuschnitt (B) im Bereich seiner vom Dorn (8) abgewandten Hälfte gehalten wird,

    – bei dem das dem Dorn (8) zugeordnete Werkzeugteil (2) mit dem Dorn (8) unter Aufrechterhaltung des Spaltes (15) in Richtung der vom Dorn (8) abgewandten Längskante des Blechzuschnitts (B) so verschoben wird, dass der Blechzuschnitt (B) mit seiner dem Dorn (8) zugeordneten Längskante in den Spalt (15) einläuft, bis sie ein Einschubende erreicht hat,

    – bei dem der Dorn (8) in der Ausnehmung (5) des anderen Werkzeugteils (3) derart ausgerichtet wird, dass zwischen der Außenfläche des Dorns (8) und der Innenfläche dieser Ausnehmung (5) ein Spalt (19) ausgebildet ist, dessen Dicke mit einem geringen Übermaß der Dicke des zu verformenden Blechzuschnitts (B) entspricht,

    – bei dem das nun dem Dorn (8) zugeordnete Werkzeugteil (3) mit dem Dorn (8) unter Aufrechterhaltung des Spaltes (19) in Richtung der vom Dorn (8) abgewandten Längskante des Blechzuschnitts (B) so verschoben wird, dass der Blechzuschnitt (B) mit seiner dem Dorn (8) zugeordneten Längskante in den Spalt (19) einläuft, bis sie ein Einschubende erreicht hat und aus dem Blechzuschnitt (B) ein den Dorn (8) an seinen Umfangsflächen umgebendes Schlitzprofil (Sr) gebildet ist,

    – bei dem der Dorn (8) aus dem Innenraum des Schlitzprofils (Sr) bewegt wird,

    – bei dem die den Schlitz (Z) begrenzenden Längskanten des Blechzuschnitts (B) miteinander verschweißt werden, wobei das Schlitzprofil (Sr) von den Werkzeugteilen (2,3) gehalten wird, und

    – bei dem die Werkzeugteile (2,3) in ihre Ausgangsstellung gefahren werden, um das fertig verschweißte Hohlprofil (R) aus den Werkzeugteilen (2,3) zu entnehmen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugteile (2,3), um das Herausbewegen des Dorns (8) aus dem Schlitzprofil (R) zu ermöglichen, unter Mitnahme der in ihren Ausnehmungen (4,5) jeweils liegenden Abschnitten des Blechzuschnitts (B) so weit aufgefahren werden, dass der Dorn (8) durch die zwischen den Längskanten des Schlitzprofils (Sr) dann erweiterte Öffnung (Z) bewegt werden kann.
  3. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugteile (2,3), nachdem der Dorn (8) aus dem Schlitzprofil (Sr) heraus bewegt ist, solange gegen einander geschoben werden, bis der Schlitz (Z) des Schlitzprofils (Sr) geschlossen ist oder eine minimale Weite besitzt.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollweite des Schlitzes (Z) durch einen in den Schlitz (Z) gehaltenen Anschlag (10) vorgegeben wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusammenfahren der Werkzeugteile (2,3) zum Einstellen der Sollweite mindestens in zwei Stufen erfolgt.
  6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlprofil (R) nach dem Schweißen bei nach wie vor zusammengefahrenen Werkzeugteilen (2,3) innenhochdruckverformt wird.
  7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dorn (8) derart auf den Blechzuschnitt (B) abgesenkt wird, dass er eine den Blechzuschnitt (B) auf einem Untergrund (G) fest haltende Druckkraft ausübt.
  8. Vorrichtung zur Herstellung eines längsnahtgeschweißten Hohlprofils (R) aus einem definierte Längskanten aufweisenden Blechzuschnitt (B), mit mindestens zwei aus einer Ausgangsstellung, in der sie auseinander gefahren sind, in eine Formstellung gegeneinander zustellbaren Werkzeugteilen (2,3), die jeweils eine Ausnehmung (4,5) aufweisen, die die Außenform mindestens eines Abschnitts des herzustellenden Hohlprofils (R) bestimmt, und mit einer Schweißeinrichtung (11) zum Verschweißen der Längskanten des Blechzuschnitts (B) nach seiner Verformung zu einem Schlitzprofil (Sr),

    gekennzeichnet, dadurch

    – einen Dorn (8), der von einer Stelleinrichtung getragen ist, die ihn aus einer ersten Stellung, in der er in der Ausnehmung des einen Werkzeugteils (2,3) unter Ausbildung eines Spaltes (15) zwischen der Innenfläche (6) der Ausnehmung (4) dieses Werkzeugteils (2) und der Umfangsfläche des Dorns (8) positioniert ist, in eine zweite Stellung bewegt, in der er in der Ausnehmung (5) des zweiten Werkzeugteils (3) unter Ausbildung eines Spaltes (19) zwischen der Innenfläche (7) der Ausnehmung (5) dieses Werkzeugteils (3) und der Umfangsfläche des Dorns (8) positioniert ist, und

    – eine Halteeinrichtung (17,18) zum Halten des Blechzuschnitts (B) im Bereich einer seiner Längskanten.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Dorn (8) einen Anschlag (10) trägt, der die Sollweite des Schlitzes (Z) des zwischen den Werkzeugteilen (Z) jeweils zu bildenden Schlitzprofils (Sr) bestimmt.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Werkzeugteil (2,3) im Bereich der einen Längskante seiner Ausnehmung (4,5) einen Anschlag (17,18) aufweist, der das Einschubende für einen in die Ausnehmung eingeschobenen Abschnitt eines Blechzuschnitts bildet.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag (17,18) aus einer Arbeitsstellung, in der er an der Längskante der Ausnehmung (4,5) positioniert ist, in eine Ruhestellung überführbar ist.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Dorn (8) mittels der Stelleinrichtung auf den Blechzuschnitt (B) absenkbar ist, um eine Haltekraft auszuüben.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Einrichtung zum Innenhochdruckumformen des zwischen den Werkzeugteilen (2,3) eingespannten Hohlprofils (R) umfasst.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Einrichtung zum Prägen des zwischen den Werkzeugteilen (2,3) eingespannten Hohlprofils (R) umfasst.
Es folgen 5 Blatt Zeichnungen






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