DE60108239T2

DE60108239T2 - Eine rollbiegemaschine, ein stossfänger, sowie ein verfahren zur dessen herstellung

Info

Publication number: DE60108239T2
Application number: DE60108239T
Authority: DE
Inventors: Edward Renzzulla; A. Darrell BECHTEL; Samuel Harman
Original assignee: Cosma International Inc
Current assignee: Cosma International Inc
Priority date: 2000-01-14
Filing date: 2001-01-08
Publication date: 2006-02-23
Anticipated expiration: 2021-01-09
Also published as: US20050062299A1; DE60108239D1; WO2001051228A2; CA2394138A1; CA2394138C; MXPA02006899A; EP1280620A2; WO2001051228A3; US6820451B2; AU2001226601A1; EP1280620B1; US20030038489A1; BR0107477A; ATE286439T1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Fahrzeugstoßfänger und Verfahren zu derer Herstellung.
Hintergrund der Erfindung
Kraftfahrzeuge sind typischerweise mit vorderen und hinteren Stoßfängern versehen, um das Fahrzeug im Fall eines Aufpralls zu schützen. Fahrzeugstoßfänger werden typischerweise aus einem Stahlblechband gebildet, das durch Profilwalzen in einer Profilwalzanordnung geformt wird, so dass der Stoßfänger einen vorgegebenen transversalen Querschnitt aufweist, der den Stoßfänger versteift und einer Verformung während eines Aufpralls standhält. Stoßfänger werden außerdem mit einer vorgegebenen Krümmung in der longitudinalen Richtung versehen, um einen Stoßfänger zu schaffen, der sich der Form des Fahrzeugs in der "Fahrzeugquer"- oder Seitenrichtung anpasst.
Der longitudinale Krümmungsgrad des Stoßfängers wird in der Industrie als Stoßfänger-"Krümmung" bezeichnet. Der Grad der Stoßfängerkrümmung ist ein allgemeines Maß des Krümmungsradius des Stoßfängers. Eine grundlegende kommerzielle quantitative Beschreibung der Stoßfängerkrümmung wird durch Messen einer Sehnenlänge von 60 Zoll (1,524 m) längs des Stoßfängers sowie durch Bestimmen des maximalen Abstands zwischen dem Stoßfänger und der Sehne längs einer Linie senkrecht zu der Sehne erzielt. Der Abstand wird in Zoll (Zentimeter) gemessen und in eine Krümmungszahl umgesetzt, indem die Anzahl der Achtel eines Zolls (0,3175 cm) in dem gemessenen Abstand bestimmt wird.
Stoßfänger im kommerziellen Gebrauch weisen typischerweise Krümmungen von etwa null (d.h. ein im wesentlichen geradliniger Stoßfänger) bis etwa 50 auf, obgleich bei der Fahrzeugkonstruktion Stoßfänger mit Krümmungen bis zu 80 verwendet werden.
Es ist wohlbekannt, dass die Hauptziele von Fahrzeugteileherstellern darin bestehen, hochfeste Stoßfänger zu produzieren, die einer Verformung während eines Aufpralls standhalten, die aber auch relativ leicht gebaut sind. Das Ziel der Minimierung des Gewichts kann durch Verringern der Dicke oder Stärke des Stoßfängers erreicht werden, wodurch weniger Metall verwendet wird, um den Stoßfänger zu bauen. Eine Minimierung des Fahrzeuggewichts ist wichtig, weil leichtere Fahrzeuge vor dem Verkaufen einfacher zu transportieren sind und für den Fahrzeugeigentümer kraftstoffsparender sind. Der Hersteller kann die Metalldicke verringern und dennoch die Sicherheitsanforderungen erfüllen, indem er höherfesten Stahl zur Konstruktion des Stoßfängers verwendet.
Die zur Stoßfängerkonstruktion verwendete Metallart ist daher ein ausschlaggebender Hauptfaktor für das Stoßfängergewicht. Die meisten kommerziellen Stoßfänger sind jedoch aus relativ weichen Stahlsorten konstruiert, weil weiche Stahlsorten für die Teilehersteller während der Herstellung einfacher zu biegen sind. Ein hochfester niedriglegierter Gütestahl (HSLA-Gütestahl) ist ein Beispiel für solch eine Stahlsorte, die kommerziell zur Stoßfängerkonstruktion breit verwendet wird.
HSLA-Stahl ist verfügbar in Güten mit einer minimalen Dehngrenze von 35 ksi bis zu 80 ksi (d.h. einer minimalen Dehngrenze von 240 MPa bis 550 MPa). Stahlgüten über HSLA einschließlich zweiphasiger und martensitischer Stahlgüten sind ebenso kommerziell verfügbar, wobei jedoch die meisten Teilehersteller einen zufriedenstellenden kommerziellen Stoßfänger mit einem deutlichen Stoßfängerkrümmungsgrad unter Verwendung dieser höheren Stahlsorten im allgemeinen nicht produzieren können.
Martensitstahl mit einer Zugfestigkeit von bis zu 220 ksi (1516 MPa) ist kommerziell verfügbar. Allgemein kann jeder Stahl mit einer Zugfestigkeit größer als 80 ksi (240 MPa) als ein ultrahochfester Stahl betrachtet werden. Die dem Stoßfänger durch den transversalen Querschnitt zugeführte Steifigkeit und strukturelle Festigkeit erschwert den Krümmungsprozess und schränkt die Festigkeit des Stahls ein, die die meisten Hersteller zur Konstruktion des Stoßfängers verwenden können.
Insbesondere wird während der Fertigung ein Stahlblechband in einer Reihe von Walzenpaaren für das Profilwalzen, die den Stahl in einer transversalen Richtung schrittweise formen, um den vorgegebenen transversalen Stoßfängerquerschnitt zu schaffen, walzgeformt. Eine vorgeformte Stoßfängerstruktur kommt aus einer Austrittsstelle der Profilwalzanordnung als eine langgestreckte, longitudinal geradlinige fortlaufende Struktur heraus. Typischerweise wird die zu Beginn ausgebildete Stoßfängerstruktur unmittelbar nach dem Profilwalzvorgang in einer getrennten Rollbiegeanordnung, die bei der Austrittsstelle der Profilwalzanordnung positioniert ist, mit dem gewünschten longitudinalen Krümmungsgrad versehen (die Begriffe "Stoßfänger krümmung" und "longitudinale Krümmung" sind in der vorliegenden Anmeldung austauschbar verwendet).
Die vorgeformte Stoßfängerstruktur kommt aus der Rollbiegeanordnung als eine endgültig geformte fortlaufende Stoßfängerstruktur heraus. Mit "endgültig geformt" ist gemeint, dass der Stoßfängerstruktur sowohl in der transversalen als auch in der longitudinalen Richtung der gewünschte Grad einer dauerhaften Krümmung verliehen worden ist, so dass die Stoßfängerstruktur den vorgegebenen transversalen Stoßfängerquerschnitt sowie die vorgegebene longitudinale Krümmung aufweist. Die endgültig geformte Stoßfängerstruktur wird hierauf einer Schneidanordnung zugeführt, die der Rollbiegeanordnung unmittelbar nachfolgend positioniert ist. Die Schneidanordnung zerschneidet die endgültig geformte Stoßfängerstruktur in einzelne Stoßfängerelemente vorgegebener Länge, wobei folglich jedes Stoßfängerelement den vorgegebenen transversalen Stoßfängerquerschnitt sowie die vorgegebene longitudinale Krümmung aufweist.
Bekannte Rollbiegeanordnungen des Standes der Technik sind kommerziell nicht verwendbar, um einen breiten Stoßfängerkrümmungsbereich bereitzustellen, wenn ein hochfester Stahl verwendet wird, um den Stoßfänger zu bauen, weil sie praktisch entweder eine Form von Extrusion oder einen Biegevorgang verwenden, um die Stoßfängerkrümmung zu verleihen. Beispielsweise verwendet ein Verfahren des Standes der Technik eine Reihe von Blöcken zum Erzielen einer Stoßfängerkrümmung, wobei jeder Block eine zentrale Öffnung aufweist, die im allgemeinen die gleiche Größe und Form wie der transversale Querschnitt der Stoßfängerstruktur hat. Die Reihe von Blöcken ist so positioniert, dass die vorgeformte Stoßfängerstruktur durch die Öffnungen läuft, wenn sie sich in der Durchlaufrichtung aus der Profilwalzanordnung heraus bewegt. Ausgewählte Blöcke sind angehoben, so dass der Weg, der von den Öffnungen gebildet wird, nicht geradlinig ist, wodurch es erforderlich ist, dass sich die Stoßfängerstruktur in der longitudinalen Richtung verformt, während sie durch die Öffnungen gezwungen wird. Dadurch wird der Stoßfängerstruktur ein dauerhafter Krümmungsgrad verliehen.
Dieses Verfahren ist praktisch eine Form von Extrusion und hat mehrere Nachteile. Der Metall-Metall-Gleiteingriff zwischen der Stoßfängerstruktur und den Seiten er Öffnungen in den Blöcken verschleißt das Metall der Stoßfängerstruktur und das Metall der Blöcke. Der Metall-Metall-Gleiteingriff schränkt die Geschwindigkeit ein, mit der die Stoßfängerstruktur durch die Fertigungslinie laufen kann, wodurch er folglich die Produktionskapazität einer Fertigungsanlage einschränkt. Dieses Verfahren erzielt lediglich einen eingeschränkten Krümmungsgrad und ist für eine Stoßfängerherstellung mit hochfestem Stahl kommerziell nicht durchführbar.
Eine andere Rollbiegeanordnung, die in den vergangenen Jahren kommerziell verwendet worden ist, verwendet eine Reihe longitudinal beabstandeter, beweglicher oberer Walzen und eine Reihe longitudinal beabstandeter, fester unterer Walzen, die so zusammenarbeiten, dass die Stoßfängerstruktur gebogen wird, nachdem sie walzgeformt ist. Die unteren Walzen sind unter der sich vorschiebenden Stoßfängerstruktur angeordnet und tragen dieselbe. Die oberen Walzen sind über der sich vorschiebenden Stoßfängerstruktur angeordnet, wobei sie vertikal bewegbar sind. Die Walzen sind so angeordnet, dass eine obere Walze vertikal zwischen zwei unteren Walzen zentriert ist. Die Krümmung wird verliehen, indem die oberen Walzen vertikal nach unten in Eingriff mit einer oberen Oberfläche der sich vorschiebenden, vorgeformten Stoßfängerstruktur bewegt werden. Die oberen Walzen üben eine abwärts gerichtete Kraft auf die Stoßfängerstruktur aus, die hinreichend ist, um die Stoßfängerstruktur zwischen einem zugeordneten Paar unterer fester Walzen zu biegen, wodurch der Stoßfängerstruktur ein Grad an Krümmung verliehen wird.
Das durch diese Anordnung durchgeführte Verfahren ist nicht effektiv, wenn härtere Stahlsorten für die Konstruktion der Stoßfängerstruktur verwendet werden, weil harte Stahlsorten Kräfte großer Stärke erfordern, um den Stahl zu biegen. Diese Biegekräfte großer Stärke sind unerwünscht, da, wenn eine Kraft hinreichender Stärke zum Biegen des harten Stahls durch die oberen Walzen ausgeübt wird, die oberen Walzen dazu neigen, den vorgegebenen Stoßfängerquerschnitt der Stoßfängerstruktur dauerhaft zu verformen. Insbesondere neigen die vertikalen Seiten einer Stoßfängerstruktur aus hartem Stahl dazu, sich unter der Biegekraft der oberen Rollen unkontrolliert zu falten, zu knicken oder zu reißen. Biegevorgänge erzielen außerdem keine gleichmäßige longitudinale Stoßfängerkrümmung, wenn härtere Stahlsorten verwendet werden.
Eine weitere Rollbiegeanordnung, die die sich vorschiebende Stoßfängerstruktur zum Verleihen einer Stoßfängerkrümmung biegt, ist in dem US-Patent mit der Nummer 4 530 226 offenbart. Die '226-er Rollbiegeanordnung umfasst drei Formungsstationen, die auf einer Basisanordnung, die am Ende der Profilwalzanordnung positioniert ist, angebracht sind. Jede Station umfasst ein Paar zusammenwirkender Formungswalzen. Die mittlere Station umfasst außerdem eine Spannwalze, die longitudinal von dem Formungswalzenpaar beabstandet ist. Der Stoßfänger in der '226-er Anordnung wird dauerhaft verformt, um eine Stoßfängerstruktur in erster Linie durch die Wechselwirkung der Walzen in der mittleren Station einzuarbeiten. Die erste Station und die dritte Station führen in erster Linie die Stoßfängerstruktur durch die mittlere Station.
Das Formungswalzenpaar und die Spannwalze der mittleren Station der '226-er Anordnung sind longitudinal beabstandet und transversal voneinander versetzt (wobei "transversal" in Bezug auf die Stoßfängerstruktur definiert ist und sich auf eine Richtung senkrecht zu ihrer longitudinalen Erstreckung bezieht), um die langgestreckte Stoßfängerstruktur in der transversalen Richtung dauerhaft zu verformen. Genauer treibt das Formungswalzenpaar die Stoßfängerstruktur über die transversal versetzte einzelne Spannwalze, die an der mittleren Station dem Formungswalzenpaar nachgeordnet fest angebracht ist. Die Formungswalzenpaare jeder der drei Stationen sind so positioniert, dass die Mittellinie jeder Formungsstation (d.h. eine Linie zwischen den Drehachsen jedes Formungswalzenpaars) in einer im allgemeinen senkrechten Beziehung zu dem Tangentialweg der Stoßfängerstruktur aufrechterhalten wird, wenn sie longitudinal durch die drei Stationen läuft. Folglich werden entgegengerichtete, transversal ausgerichtete Kräfte auf die Stoßfängerstruktur zwischen dem Walzenpaar der mittleren Station und der Spannwalze der mittleren Station der '226-er Anordnung ausgeübt, die den Abschnitt der Stoßfängerstruktur dazwischen biegen, um ihr eine Krümmung zu verleihen.
Die '226-er Anordnung verwendet entgegengerichtete, transversal ausgerichtete Kräfte, die auf die Stoßfängerstruktur an longitudinal beabstandeten Abschnitten ausgeübt werden, um eine Biegekraft zu erzeugen, die längs des Abschnitts der Stoßfängerstruktur zwischen den Formungswalzen der mittleren Station und der Spannwalze der mittleren Station ausgeübt wird, um der Stoßfängerstruktur eine Krümmung zu verleihen. Folglich kann die '226-er Anordnung lediglich einen eingeschränkten Krümmungsgrad verleihen und ist nicht zur Schaffung einer Krümmung bei hochfesten Metallen wie etwa Martensitstahlsorten geeignet. Die '226-er Anordnung wird verwendet, um einem aus HSLA-Stahl konstruierten Stoßfänger eine Krümmung bis etwa 30 zu verleihen. Weitere Beispiele für Anordnungen zum Biegen von Stoßfängern sind in den als Literaturhinweis erwähnten US-Patenten 4 354 372 und 5 813 594 gezeigt.
Es ist wohlbekannt, dass jeder Metallwerkstoff einen kennzeichnenden Elastizitätsmodul besitzt, wobei, wenn ein Metallwerkstoff wie etwa Stahl innerhalb seiner Elastizitätsgrenzen durch beaufschlagte Kräfte verformt wird, der Metallwerkstoff zu seiner ursprünglichen Form zurückkehrt, wenn die Kräfte aufgehoben werden. Eine dauerhafte Krümmung wird einem Metallwerkstoff nur verliehen, wenn er über seine Elastizitätsgrenze hinaus verformt wird. Rollbiegeanordnungen des Standes der Technik wie etwa die '226-er Anordnung sind beim Biegen in erster Linie erfolglos, weil sie sich auf eine Biegekraft stützen, um den Stahl über seine Elastizitätsgrenze hinaus zu verformen. Eine Biegekraft ist eine Kraft, die über eine wesentliche Länge einer Stoßfängerstruktur ausgeübt wird, um ihr eine Krümmung zu verleihen. Bei der '226-er Anordnung wird die Biegekraft längs der Länge der Stoßfängerstruktur zwischen dem Walzenpaar und der Spannwalze der mittleren Station ausgeübt. Die Biegekräfte sind unwirksam beim Verleihen großer Krümmungsgrade an Stoßfängerstrukturen, die unter Verwendung hoher Stahlgüten konstruiert sind, weil diese Stahlgüten eine derartige hohe Stärke der Kraft zum Verformen über ihre Elastizitätsgrenzen hinaus erfordern, so dass sich die Stoßfängerstruktur unkontrolliert faltet und reißt, wodurch die Stoßfängerstruktur unbrauchbar gemacht wird.
US 4 354 372 offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines kalt walzgeformten Formbands aus einem Metallband, das longitudinal um einen vorgegebenen Betrag gekrümmt wird, und dass seine Kantenabschnitte auf der konkaven Seite der Krümmung und seinen Steg auf der konvexen Seite hiervon aufweist, um eine Dehnungsverformung von Abschnitten des Metallbands zu verhindern, die die Kantenabschnitte des Formbands bilden.
US 5 813 594 offenbart einen Stoßfänger gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 7.
Ein einzelner Stoßfänger ist in erster Linie als eine Schutzstruktur an dem Fahrzeug vorgesehen. Somit ist es wesentlich, dass die Struktur jedes kommerziell produzierten Stoßfängers gleichmäßig ist, und dass es kein Knicken, Reißen oder unkontrolliertes Falten seiner Wände gibt, um seine Verformungsfähigkeit beim Aufprall sicherzustellen. Es ist folglich wichtig, dass der transversale Querschnitt jedes Stoßfängers während des Rollbiegevorgangs nicht verformt wird. Rollbiegeanordnungen des Standes der Technik sind nicht fähig, Stoßfängern, die aus Stahl relativ hoher Güten wie etwa zweiphasige oder martensitische Güten konstruiert sind, zuverlässig einen hohen Krümmungsgrad zu verleihen. Es besteht ein Bedarf an einer Rollbiegeanordnung, die eine Stoßfängerkrümmung bis etwa 80 für walzgeformte Stoßfänger erzielen kann, die aus hochfestem Stahl wie etwa Zweiphasen- oder vollständig gehärtete Martensitstahlsorten mit einer Zugfestigkeit von bis zu 220 ksi (1516 MPa) konstruiert sind.
Zusammenfassung der Erfindung
Um das voranstehend angegebene Bedürfnis zu erfüllen, schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines walzgeformten Stoßfängers, der einen Metallwerkstoff umfasst und einen vorgegebenen transversalen Querschnitt sowie eine vorgegebene Krümmung aufweist. Eine Stoßfängerstruktur wird in eine Formungsanordnung längs einer Linienebene zugeführt. Die Stoßfängerstruktur weist den vorgegebenen transversalen Querschnitt und eine im wesentlichen geradlinige longitudinale Konfiguration auf. Die Formungsanordnung weist eine angetriebene Unterstützungswalze und ein Paar angetriebener zusammenwirkender Biegewalzen auf. Eine erste Walze des Biegewalzenpaars ist so positioniert, dass die Stoßfängerstruktur aus der Linienebene ausgelenkt wird, und eine zweite Walze des Biegewalzenpaars ist so angebracht, dass sie um die erste Walze umläuft. Die Unterstützungswalze und das Paar zusammenwirkender Biegewalzen werden angetrieben, um die Stoßfängerstruktur zwischen das Paar zusammenwirkender und sich in entgegengesetzten Richtungen drehender Biegewalzen zuzuführen. Das Umlaufenlassen der zweiten Biegewalze um die erste Biegewalze biegt die Stoßfängerstruktur zwischen der Unterstützungswalze und der ersten Biegewalze, wodurch der Stoßfängerstruktur eine dauerhafte longitudinale Krümmung verliehen wird.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Fahrzeugstoßfänger zu schaffen, der aus einem Metallwerkstoff konstruiert ist. Der Metallwerkstoff wird walzgeformt, um eine langgestreckte Stoßfängerstruktur zu schaffen, die einen vorgegebenen transversalen Querschnitt und eine longitudinale Erstreckung aufweist. Der vorgegebene transversale Querschnitt weist eine mindestens teilweise offene Seite auf. Die longitudinale Erstreckung der Stoßfängerstruktur weist eine vorgegebene Stoßfängerkrümmung von etwa 80 auf und der Metallwerkstoff weist eine Zugfestigkeit von wenigstens 120 ksi (eine Zugfestigkeit von etwa 827 MPa) auf. Vorzugsweise ist der Metallwerkstoff ein Stahl, der eine minimale 0,2%-Dehngrenze von etwa 120.000 psi (827 MPa) und eine Ferritkornstruktur aufweist. Bevorzugter ist der Metallwerkstoff ein abgeschreckter und angelassener Stahl, der eine minimale Reißfestigkeit von etwa 140.000 psi (965 MPa) und eine Ferrit und angelassenen Martensit umfassende Kornstruktur aufweist. Am bevorzugtesten ist der Metallwerkstoff ein Martensitstahl. Ein bevorzugter Martensitstahl ist ein abgeschreckter und angelassener Stahl mit einer minimalen Reißfestigkeit von etwa 190.000 psi bis etwa 220.000 psi (von etwa 1310 MPa bis etwa 1516 MPa) und hat eine vollständig angelassene Martensitkornstruktur. Wenn dieser bevorzugte Martensitstahl verwendet wird, liegt die Dicke des Metallwerkstoffs vorzugsweise im Bereich von etwa 0,8 mm bis etwa 1,6 mm, wobei sie stärker bevorzugt im Bereich von etwa 1,0 mm bis etwa 1,3 mm liegt.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung zu schaffen, die das zuvor beschriebene Verfahren durch Bereitstellen einer angetriebenen Unterstützungswalze ausführt, die so angeordnet ist, dass sie eine streifenförmige Stoßfängerstruktur auf einer Linienebene aufnimmt. Eine angetriebene erste Biegewalze ist so angeordnet, dass sie die Stoßfängerstruktur aus der Linienebene ablenkt, wobei eine angetriebene zweite Biegewalze mit der ersten Biegewalze so zusammenwirkt, dass sie sich entgegengesetzt zu dieser dreht. Die zweite Biegewalze ist beweglich angebracht, damit sie um die erste Biegewalze umlaufen kann. Eine Einstellanordnung ist mit der zweiten Biegewalze in einem funktionalen Eingriff, um die Umlaufbewegung der zweiten Biegewalze um die erste Biegewalze zu bewirken. Die Umlaufbewegung bewirkt einen Eingriff der zweiten Biegewalze mit der Stoßfängerstruktur zwischen der Unterstützungswalze und der ersten Biegewalze und drängt die Stoßfängerstruktur gegen sowohl die Unterstützungswalze als auch die erste Biegewalze, so dass der Stoßfängerstruktur eine dauerhafte longitudinale Krümmung verliehen wird.
Kurzbeschreibung der Erfindung
1 zeigt eine Rollbiegeanordnung, die gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung konstruiert ist, und sie zeigt einen fragmentarischen Abschnitt einer fortlaufenden streifenförmigen Stoßfängerstruktur, die sich durch die Anordnung erstreckt,
2 zeigt eine Ansicht der Rollbiegeanordnung der 1 in einer zweiten eingestellten Arbeitsposition,
3 zeigt eine Querschnittsansicht der streifenförmigen Stoßfängerstruktur der 1 längs der Linie 3-3,
4 zeigt eine Querschnittsansicht der streifenförmigen Stoßfängerstruktur der 5 längs der Linie 4-4,
5 zeigt eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform einer Rollbiegeanordnung der vorliegenden Erfindung,
6 zeigt eine Teilschnitt-Seitenansicht der Rollbiegeanordnung der 5,
7 ist eine schematische Seitendraufsicht einer Fertigungslinie, die die Rollbiegeanordnung enthält,
8 ist eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften einzelnen Stoßfängerelements,
9 bis 14 zeigen in fragmentarischem Querschnitt Außenrandgebiete einer Reihe von Walzenpaaren für das Profilwalzen in einer Profilwalzanordnung sowie eine Metallbandstruktur zwischen ihnen und
15 und 16 zeigen gesondert zwei Ansichten mehrerer Walzenelemente der Rollbiegeanordnung der 1, die eine Stoßfängerstruktur an einem Biegepunkt biegen.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
In 7 ist die Rollbiegeanordnung 10 vorzugsweise als Teil eine Fertigungslinie 23 enthalten, die eine Reihe von Anordnungen umfasst, die zusammenwirken, um eine Mehrzahl einzelner Fahrzeugstoßfänger beginnend aus einer aufgerollten Bandstruktur eines unbearbeiteten Metallwerkstoffs herzustellen. Die zusammenwirkenden Anordnungen rollen die Streifenstruktur ab und formen sie schrittweise zu einer fortlaufenden Metallband-Stoflfängerstruktur, woraufhin die fortlaufende Struktur in regelmäßigen Abständen durchgeschnitten wird, um einzelne Stoßfängerelemente zu bilden.
Die Fertigungslinie 23 umfasst eine Abrollanordnung 25, die eine aus einem unbearbeiteten Metallwerkstoff hergestellte Rolle einer Metallbandstruktur aufnimmt und abrollt. Der aufgerollte Abschnitt der Metallbandstruktur ist mit 27 bezeichnet und die abgerollte Metallbandstruktur ist allgemein mit 28 bezeichnet. Der Abschnitt der Metall bandstruktur 28, der aus der Abrollanordnung 25 austritt, läuft aufeinanderfolgend durch mehrere Anordnungen, die eine Dressiergerüstanordnung 29, eine Materialrichtanordnung 31, eine optionale Vorlochpressanordnung 33 und eine Profilwalzanordnung 37 umfassen.
Die Abrollanordnung 25, die Dressiergerüstanordnung 29 und die Materialrichtanordnung 31 rollen die Metallbandstruktur 28 ab, glätten und konditionieren sie, so dass deren Abschnitt 21, auf den durch diese Anordnungen 25, 29, 31 eingewirkt wird, einen fortlaufenden, im wesentlichen flachen Zuschnitt bildet, der in die Profilwalzanordnung 37 eintritt. Die Profilwalzanordnung 37 umfasst mehrere allgemein mit 39 bezeichnete Walzenpaare für das Profilwalzen, die schrittweise einen transversalen Querschnitt in einem sich longitudinal erstreckenden Abschnitt der Zuschnitt-Metallbandstruktur 28 formen. Der aus der Profilwalzanordnung 37 austretende Abschnitt der Metallbandstruktur 28 weist einen vorgegebenen transversalen Stoßfängerquerschnitt auf und wird im allgemeinen als eine streifenförmige Stoßfängerstruktur bezeichnet, die allgemein mit 53 bezeichnet ist.
Die Stoßfängerstruktur 53 umfasst im allgemeinen (a) einen vorgeformten oder anfänglich ausgebildeten Abschnitt 41 und (b) einen endgültig geformten oder ausgebildeten Abschnitt 49. Der vorgeformte Abschnitt 41 weist an der Austrittsposition 43 der Profilwalzanordnung 37 eine vorgegebene, walzgeformte transversale Konfiguration des Stoßfängerquerschnitts sowie eine im wesentlichen geradlinige longitudinale Konfiguration auf. Die Profilwalzanordnung 37 stellt somit eine fortlaufende, sich longitudinal erstreckende vorgeformte Stoßfängerstruktur 41 an ihrer Austrittsposition 43 bereit, wobei die vorgeformte Stoßfängerstruktur 41 sich von hier aus nachfolgend in die Rollbiegeanordnung 10 bewegt.
Vorzugsweise ist die schematisch in 7 gezeigte Rollbiegeanordnung 10 in der Fertigungslinie 23 unmittelbar nachfolgend zu der Profilwalzanordnung 37 positioniert. Die Rollbiegeanordnung 10 nimmt die vorgeformte fortlaufende Stoßfängerstruktur 41 bei der Austrittsposition 43 der Profilwalzanordnung 37 auf und versieht die vorgeformte Stoßfängerstruktur mit einer vorgegebenen longitudinalen Stoßfängerkrümmung, um der Stoßfängerstruktur ihre Endform zu geben. Der vorgegebene transversale Querschnitt wird von der Rollbiegeanordnung 10 nicht verändert. Der endgültig ausgebildete Abschnitt 49 der fortlaufenden Stoßfängerstruktur 53 wird einer Abschneidanordnung 45 zugeführt, die die streifenförmige Stoßfängerstruktur 53 in einzelne Stoßfängerelemente zerschneidet. Ein beispielhaftes einzelnes Stoßfängerelement 47 ist gesondert in 8 gezeigt.
Vorzugsweise ist die vorgeformte Stoßfängerstruktur, die in die Rollbiegeanordnung 10 eintritt, walzgeformt, so dass sie einen vorgegebenen transversalen Querschnitt aufweist, der eine wenigstens teilweise offene Seite umfasst. Zwei beispielhafte walzgeformte Stoßfängerstrukturen mit einer wenigstens teilweise offenen Seite sind in den 3 und 4 im Querschnitt gezeigt.
3 zeigt den vorgegebenen transversalen Stoßfängerquerschnitt der beispielhaften Stoßfängerstruktur 53 (und des Stoßfängerelements 47), die einen offenen Querschnitt aufweist. Selbstverständlich weisen sowohl der vorgeformte Abschnitt 41 als auch der endgültig geformte Abschnitt 49 der Stoßfängerstruktur 53 (und das Stoßfängerelement 47) im wesentlichen den gleichen Querschnitt auf, so dass die Erläuterung des Querschnitts auf alle drei 41, 47, 49 zutrifft. Die Stoßfängerstruktur 53 weist sich transversal nach außen erstreckende Wandabschnitte 32, 34 auf gegenüberliegenden Seiten hiervon sowie eine walzgeformte Vertiefung 35 auf. Die walzgeformte Vertiefung 35 ist durch einen mittleren Wandabschnitt 36 und Seitenwandabschnitte 38, 40 definiert. Der mittlere Wandabschnitt 36 weist eine innere Oberfläche 42 und eine äußere Oberfläche 44 auf. Die Vertiefung 35 definiert allgemein eine offene Seite 46 des Querschnitts. Der Querschnitt der Stoßfängerstruktur 53 wird als "offen" bezeichnet, weil sich die gegenüberliegenden transversalen Wandabschnitte 32, 34 im allgemeinen von der Vertiefung 35 weg erstrecken, wodurch die zentrale Vertiefung 35 offen gelassen wird.
4 zeigt eine beispielhafte Querschnittsansicht des vorgegebenen Querschnitts einer vorgeformten Stoßfängerstruktur 74 einer allgemein mit 75 bezeichneten beispielhaften Stoßfängerstruktur, die einen teilweise geschlossenen Querschnitt aufweist. Die Stoßfängerstruktur 75 weist sich transversal nach innen erstreckende Wandabschnitte 76, 78, einen mittleren Wandabschnitt 80 und Seitenwandabschnitte 82, 84 auf. Der mittlere Wandabschnitt 80 weist eine innere Oberfläche 86 und eine äußere Oberfläche 88 auf. Die Wandabschnitte 76, 78 erstrecken sich allgemein nach innen in einer zum mittleren Wandabschnitt 80 beabstandeten überlagernden Beziehung, wodurch der Querschnitt teilweise geschlossen sowie ein Querschnitt mit einer "C"-Form geschaffen ist. Die Stoßfängerstruktur 75 weist folglich eine allgemein mit 92 bezeichnete teilweise offene Seite auf, die eine Öffnung 90 umfasst.
Die Rollbiegeanordnung 10 kann vorteilhafterweise verwendet werden, um entweder an einer Stoßfängerstruktur mit einem offenen transversalen Querschnitt (wie etwa die beispielhafte Stoßfängerstruktur 53) oder einer Stoßfängerstruktur mit einem teilweise offenen Querschnitt (wie etwa die beispielhafte Stoßfängerstruktur 75) eine Stoßfängerkrümmung zu schaffen.
Außerdem kann eine Stoßfängerstruktur, die entweder einen offenen oder einen teilweise offenen Querschnitt aufweist, in einer von zwei Hauptrichtungen gekrümmt werden, um eine endgültig ausgebildete Stoßfängerstruktur zu schaffen, die entweder eine Innenkrümmung oder eine Außenkrümmung aufweist. Eine endgültig ausgebildete Stoßfängerstruktur wird als eine Innenkrümmung aufweisend betrachtet, wenn ihr Krümmungsradius entsprechend von ihrer inneren Oberfläche 42 oder 86 nach außen gerichtet ist. Das in 8 gezeigte beispielhafte Stoßfängerelement 47 weist eine Innenkrümmung auf. Ähnlich wird eine endgültig ausgebildete Stoßfängerstruktur als eine Außenkrümmung aufweisend betrachtet, wenn ihr Krümmungsradius entsprechend von ihrer äußeren Oberfläche 44 oder 88 nach außen gerichtet ist.
Wie daraus hervorgeht, kann die Rollbiegeanordnung 10 der vorliegenden Erfindung so konstruiert und betrieben werden, dass eine Stoßfängerstruktur, die einen offenen Querschnitt aufweist, entweder mit einem inneren oder einem äußeren vorgegebenen Stoßfängerbogen (d.h. einer Stoßfängerkrümmung) versehen wird, oder dass eine Stoßfängerstruktur, die einen teilweise offenen Querschnitt aufweist, entweder mit einem inneren oder äußeren vorgegebenen Stoßfängerbogen versehen wird.
Die Walzen 39 der Profilwalzanordnung 37 sind beabstandet, um die Metallbandstruktur 28 zwischen ihnen aufzunehmen, wobei die Randgebiete der Walzen 39 so konstruiert sind, dass sie schrittweise den transversalen Querschnitt formen. Die 9 bis 14 zeigen die Randgebiete der oberen und unteren Walze der Reihe von Walzenpaaren 39 der Profilwalzanordnung 37. Die komplementären Walzenpaare sind angegeben mit 39a und 39b, 39c und 39d, 39e und 39f, 39g und 39h, 39i und 39j sowie 39k und 39l. Es ist erkennbar, dass, wenn die Profilwalzanordnung 37 so konfiguriert ist, dass eine streifenförmige Stoßfängerstruktur mit einem offenen Querschnitt ausgebildet wird, die äußeren Randgebiete jedes Rollenpaars 39 im allgemeinen von komplementärer ineinander greifender Konfiguration sind. Die Walzenpaare 39 sind so angeordnet, dass der sich durch die Profilwalzanordnung 37 erstreckende Abschnitt der streifenförmigen Struktur 28 auf einer konstanten vertikalen Höhe ist. Diese vertikale Höhe wird als die "Linienebene" der Profilwalzanordnung 37 bezeichnet. Die vorgeformte fortlaufende Stoßfängerstruktur 41 (siehe 7) kommt aus der Austrittsposition 43 der Profilwalzanordnung 37 auf der Linienebene heraus.
Die 1–2 zeigen eine allgemein mit 10 bezeichnete Rollbiegeanordnung, die gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung konstruiert ist. Die Rollbiegeanordnung 10 umfasst im allgemeinen eine Basis 12, eine primäre Schlittenanordnung 14, ein angetriebenes Unterstützungselement 16, eine erste und eine zweite angetriebene Biegewalze 18, 20 und eine Hilfswalze 22.
Ein fragmentarischer Abschnitt der Stoßfängerstruktur 53 ist ineinandergreifend mit der Rollbiegeanordnung 10 gezeigt. Die Durchlaufrichtung in den 1 und 2 ist von rechts nach links, wie durch einen geradlinigen Richtungspfeil auf der rechten Seite jeder der 1 und 2 angezeigt ist (leicht beabstandet über dem vorgeformten Abschnitt 41 der Stoßfängerstruktur 53).
Die angetriebene Unterstützungswalze 16 und die erste angetriebene Biegewalze 18 sind auf der Basis 12 der Rollbiegeanordnung 10 für eine Drehbewegung in Bezug darauf angebracht. Die Basis 12 ist eine vorzugsweise aus Stahl hergestellte Metallstruktur und umfasst eine Grundplatte 84 und ein Paar an der Platte 84 befestigter, sich nach oben erstreckender, im wesentlichen vertikaler Wandplatten 86. Die Wandplatten 86 sind an der Platte 84 in einer transversal beabstandeten parallelen Beziehung angebracht, um die Walzen 16, 18 und die primäre Schlittenanordnung 14 dazwischen in der vorstehend beschriebenen Weise zu tragen. Die Wandplatten 86 sind vorzugsweise durch eine sich horizontal erstreckende obere Platte, die zwischen oberen Abschnitten der Wandplatten 86 befestigt ist, verstärkt. Die Wandstruktur 89 ist ebenso vorzugsweise aus Stahl hergestellt.
Die angetriebene Unterstützungswalze 16 und die erste Biegewalze 18 sind auf jeweiligen Wellen 88, 90 befestigt. Jedes Ende der Welle 88 ist drehbar in einem Getriebegehäuse 92 angebracht, wobei jedes Getriebegehäuse 92 wiederum in einer jeweiligen Wandplatte 86 der Basis 12 angebracht ist. Ähnlich ist jedes Ende der Welle 88 drehbar in einem Getriebegehäuse 94 angebracht, wobei jedes Getriebegehäuse 94 wiederum in einer jeweiligen Wandplatte der Basis 12 angebracht ist. Folglich definieren die Wellen 88, 90 die Drehachsen der jeweiligen Walzen 16, 18.
Die primäre Schlittenanordnung 14 ist im allgemeinen schwenkbar zwischen den Wandplatten 86 auf der Welle 90 für eine Schwenkbewegung in Bezug auf die Basis 12 angebracht. Somit ist die Drehachse der ersten Biegewalze 18 koaxial zu der Schwenkachse der primären Schlittenanordnung 14. Die primäre Schlittenanordnung 14 ist eine vorzugsweise aus Stahl hergestellte Metallstruktur und umfasst eine Schlittengrundplatte 100 und ein an der Schlittengrundplat te 100 befestigtes Wandplattenpaar 102. Die Wandplatten 102 sind in transversal beabstandeter paralleler Beziehung auf der Grundplatte 100 befestigt und arbeiten zusammen, um die zweite angetriebene Biegewalze 20 und Abschnitte einer Hilfsschlittenanordnung 110 dazwischen zu tragen.
Die zweite Biegewalze 20 ist fest auf einer Welle 106 angebracht. Die Welle 106 ist drehbar zwischen den Wandplatten 102 der primären Schlittenanordnung 14 angebracht.
Wie aus einem Vergleich der 1 und 2 erkennbar ist, bewegt sich die zweite Biegewalze 20 mit der primären Schlittenanordnung 14, wenn die primäre Schlittenanordnung 14 in Bezug auf die Basis 12 geschwenkt wird, so dass eine Schwenkbewegung der primären Schlittenanordnung in Bezug auf die Basis 12 eine Schwenkbewegung der zweiten Biegewalze 20 in Bezug auf die erste Biegewalze 20 über die durch die Welle 90 definierte Schwenkachse bewirkt. Der Achsenabstand zwischen den Drehachsen (definiert durch die Wellen 90, 106) der ersten und der zweiten angetriebenen Biegewalze 18, 20 ist in allen Schwenkeinstellpositionen der primären Schlittenanordnung 14 in Bezug auf die Basis 12 ein fester Abstand.
Vorzugsweise sind die Walzen 16, 18, 20 angetrieben. Insbesondere treiben die erste und die zweite Biegewalze 18, 20 die Stoßfängerstruktur 53 in der Durchlaufrichtung an. Die Unterstützungswalze 16 trägt einen davor liegenden Abschnitt der Stoßfängerstruktur, um einer Abwärtsbewegung der Stoßfängerstruktur 53 während des Biegevorgangs entgegenzuwirken. Das Antreiben der Unterstützungsrolle 16 minimiert der Widerstand für die Bewegung der Stoßfängerstruktur 53 in der Durchlaufrichtung.
Äußere Getriebe 160, 162 sind auf den jeweiligen Wellen 88, 90 in antreibender Beziehung zu den zugeordneten Walzen 16, 18 befestigt. Jedes Antriebsgetriebe 160, 162 steht über einen Kettenantrieb (nicht gezeigt) oder eine andere geeignete Struktur mit einer mechanischen Leistungsquelle (nicht gezeigt) in Eingriff. Sekundäre Antriebsgetriebe 164, 166 sind fest auf den jeweiligen Wellen 90, 106 angebracht, so dass die Antriebsbewegung des äußeren Getriebes 162 beide sekundären Getriebe 164, 166 und somit beide Walzen 18, 20 antreibt.
Eine Einstellanordnung 124 für den primären Schlitten ist funktional zwischen der Basis 12 und der primären Schlittenanordnung 14 angebracht, um die primäre Schlittenanordnung 14 in Bezug auf die Basis 12 zu schwenken und um die primäre Schlittenanordnung 14 anschließend in einer eingestellten Arbeitsposition zu halten. Die Einstellanordnung 124 umfasst ein Gehäuse 126, das an der Grundplatte 84 der Basis 12 befestigt ist, wobei ein unterer Abschnitt einer sich vertikal erstreckenden Gewindewelle 128 drehbar in dem Gehäuse 126 angebracht ist. Eine Steueranordnung 130 ist funktional mit der Gewindewelle 128 in Eingriff, um die Drehung der Gewindewelle 128 in Bezug auf das Gehäuse 126 zu steuern.
Die Gewindewelle 128 erstreckt sich durch eine Öffnung in der Grundplatte 100 der primären Schlittenanordnung 14 und zwischen einem Paar von Stützwandplatten 131, die an der Grundplatte 100 auf gegenüberliegenden transversalen Seiten der Öffnung in der Platte 100 befestigt sind. Ein Gewindeelement 132 ist schwenkbar zwischen den Wandplatten 131 durch Drehzapfen 133 angebracht. Ein oberes Ende der Gewindewelle 128 steht über ein Gewinde in Eingriff mit dem Gewindeelement 132. Eine bidirektionale Drehung der Gewindewelle 128 bewirkt eine bidirektionale Schraub bewegung des Gewindeelements 132 längs der Welle 128. Die Schraubbewegung des Gewindeelements 132 längs der Welle 128 bewirkt eine Schwenkbewegung der primären Schlittenanordnung 14 in Bezug auf die Basis 12. Der Gewindeeingriff zwischen der Welle 128 und dem Gewindeelement 132 hält die primäre Schlittenanordnung 14 in einer eingestellten Arbeitsposition in Bezug auf die Basis 12, wenn die Drehbewegung der Welle 128 endet.
Die Einstellanordnung 137 ist funktional zwischen der primären Schlittenanordnung 14 und der Hilfsschlittenanordnung 110 angebracht, um die Bewegung der Hilfsschlittenanordnung in Bezug auf die primäre Schlittenanordnung 14 zu steuern. Insbesondere ist ein unteres Ende einer Gewindewelle 136 drehbar in einem Gehäuse 138 angebracht, das auf der Grundplatte 100 angebracht ist. Das obere Ende der Gewindewelle 136 steht über ein Gewinde in Eingriff mit einem Gewindeelement 140, das an der Befestigungsplatte 112 angebracht ist. Die Drehung der Gewindewelle 136 mit einer Steueranordnung (nicht gezeigt) bewirkt eine Gleitbewegung der Hilfsschlittenanordnung 110 (über den Bewegungsbereich, der durch die Schlitze 113 und Bolzen 111 vorgesehen ist) in Bezug auf die primäre Schlittenanordnung 14, so dass sich die Walze 22 in Bezug auf die erste und die zweite Biegewalze 18, 20 hebt oder senkt. Der Gewindeeingriff zwischen der Welle 136 und dem Element 140 hält die Hilfsschlittenanordnung in einer eingestellten Arbeitsposition in Bezug auf die primäre Schlittenanordnung 14, nachdem die Drehung der Welle 136 endet.
Die Hilfsschlittenanordnung 110 ist im allgemeinen zwischen den Wandplatten 102 beweglich an der primären Schlittenanordnung 14 angebracht. Die Hilfsschlittenanordnung 110 ist eine vorzugsweise aus Stahl hergestellte Metallstruktur und umfasst eine Hilfsbefestigungsplatte 112 und ein Paar Wandplatten 114, die an der Befestigungsplatte 112 befestigt sind. Die Wandplatten 114 sind in einer transversal beabstandeten parallelen Beziehung an der Befestigungsplatte 112 befestigt und arbeiten so zusammen, dass die Hilfswalze 22 drehbar zwischen ihnen getragen wird.
Die Hilfsschlittenanordnung 110 ist für eine relative Bewegung in Bezug auf die primäre Schlittenanordnung 14 mit Bolzen 111 angebracht, die sich durch langgestreckte Schlitze 113 erstrecken, die in der Befestigungsplatte 112 der Hilfsschlittenanordnung 110 ausgebildet sind. Genauer ist eine Reihe von Bolzen 111 in jeder Wandplatte 102 der primären Schlittenanordnung 14 angebracht, wobei sich jeder Bolzen 111 durch einen Schlitz 113 erstreckt. Die Bewegung der Hilfsschlittenanordnung 110 in Bezug auf die primäre Schlittenanordnung 14 sieht eine relative Bewegung der Hilfswalze 22 in Bezug auf die erste und die zweite Biegewalze 18, 20 vor. Die Hilfsschlittenanordnung 110 wird in Bezug auf die primäre Schlittenanordnung 14 bewegt, wobei sie in Bezug darauf durch eine Einstellanordnung 137 in einer eingestellten Arbeitsposition gehalten wird.
Eine optionale Austrittswalzenanordnung 119, die ein Paar transversal beabstandeter Austrittswalzen 120 umfasst, ist an der Befestigungsplatte 112 der Hilfsschlittenanordnung 110 angebracht. Die Austrittswalzen 120 sind Spannwalzen, die sich um die Wellen 122 drehen. Die Austrittswalzen 120 unterstützen gegenüberliegende transversale Kanten der Stoßfängerstruktur 53, wenn dieselbe in der Schneideinrichtung 45, die vorzugsweise unmittelbar nachfolgend zu der Rollbiegeanordnung 10 (siehe 7) positioniert ist, zerschnitten wird. Die Austrittswalzen 120 sind folglich nicht an dem Rollbiegevorgang beteiligt, sondern können an der Anordnung 10 als eine Hilfe für den Stoßfängerhersteller angebracht sein. Vorzugsweise ist die Austrittswalzenanordnung 119 mit Bolzen oder einer anderen geeigneten Struktur, beweglich an der Befestigungsplatte 112 angebracht, so dass ihre Position verändert werden kann, um einen breiten Bereich von Krümmungsbögen zu ermöglichen.
Die Weise, in der die Schwenkposition der primären Schlittenanordnung 14 in Bezug auf die Basis 12 eingestellt wird, ist aus einem Vergleich der 1 und 2 ersichtlich.
Funktionsweise
Die Rollbiegeanordnung 10 ist so konstruiert und angeordnet, dass sie an der Austrittsposition 43 einer Profilwalzanordnung 37 die vorgeformte walzgeformte Stoßfängerstruktur 41, die aus einem Metallwerkstoff konstruiert ist und einen vorgegebenen, walzgeformten transversalen Querschnitt sowie eine im wesentlichen geradlinige longitudinale Konfiguration aufweist, um der Stoßfängerstruktur eine dauerhafte Stoßfängerkrümmung zu verleihen, aufnimmt, wodurch die endgültig geformte Stoßfängerstruktur 49 auf der Ausgangsseite der Rollbiegeanordnung 10 bereitgestellt wird.
Die angetriebene Unterstützungswalze 16 trägt die Stoßfängerstruktur 53 bei der Austrittsposition der Profilwalzanordnung 37. Die erste angetriebene Biegewalze 18 und die zweite angetriebene Biegewalze 20 treiben die Stoßfängerstruktur 53 in der Durchlaufrichtung an und sind hinreichend nah hinter der angetriebenen Unterstützungswalze 16 positioniert, um die Stoßfängerstruktur 53 an einem Biegungspunkt 143 zwischen der angetriebenen Un terstützungswalze 16 und der ersten sowie der zweiten angetriebenen Biegewalze 18, 20 zu biegen.
Vorzugsweise sind die Unterstützungswalze 16 und die erste Biegewalze 18 so auf der Basis 12 angebracht, dass der oberste Punkt eines äußeren Randgebiets 146 der ersten Biegewalze 18 vertikal höher liegt als die Linienebene. In der Rollbiegeanordnung 10 sind die Wellen 88, 90 auf der gleichen vertikalen Höhe. Die vertikale Höhendifferenz zwischen den Randgebieten 146, 148 wird erreicht, indem der Radius der ersten Biegewalze 18 größer ausgeführt wird als der Radius der Unterstützungswalze 16. Vorzugsweise liegt das äußere Randgebiet 148 der angetriebenen Unterstützungswalze 16 auf der Linienebene, wobei das äußere Randgebiet 146 der ersten Biegewalze 18 etwa 2,5 cm (ein Zoll) über der Linienebene liegt. Somit erzielt die erste Biegewalze 18 einen kleinen Anhebungs- oder Auslenkungsbetrag an der Stoßfängerstruktur 53, wenn sie darüber läuft.
Alternativ kann die Höhendifferenz zwischen den äußeren Randgebieten 146, 148 erreicht werden, indem eine Unterstützungswalze und eine erste Biegewelle mit gleichem Radius vorhanden sind, wobei die jeweiligen Wellen so auf der Basis angebracht sind, dass die Welle der ersten Biegewalze vertikal höher liegt als die vertikale Höhe der Welle der angetriebenen Unterstützungswalze.
Unter Verwendung der Steueranordnung 130 der Einstellanordnung 124 des primären Schlittens, wie sie zuvor beschrieben ist, schwenkt ein Anordnungsbediener im allgemeinen die zweite Biegewalze 20 in einer Biegerichtung (rechtsdrehend aus der Sicht der 1, 2, 15 und 16) oder lässt sie umlaufen, um eine Krümmung an der Stoßfängerstruktur 53 zu erzielen. Die Schwenkbewegung der primären Schlittenanordnung 14 lässt die zweite Biegewalze 20 um die durch die Welle 90 in Bezug auf die erste Biegewalze 18 definierte Drehachse laufen. 1 zeigt die zweite Biegewalze 20 (und daher die primäre Schlittenanordnung 14) in einer ersten Schwenkposition in Bezug auf die erste Biegewalze 18, während 2 die zweite Biegewalze 20 in einer zweiten Schwenkposition in Bezug auf die erste Biegewalze 18 zeigt. Wie unten ausführlicher betrachtet ist, veranschaulichen die 15 und 16 ebenso die Schwenkbewegung der zweiten Biegewalze 20 in der Biegerichtung in Bezug auf die erste Biegewalze 18, wobei sie die Walzen 16, 18 und 20 gesondert zeigen.
Die Schwenk- oder Umlaufbewegung der zweiten Biegewalze 20 in der Biegerichtung übt eine Kraft auf die Stoßfängerstruktur aus, die dieselbe an einem Biegungspunkt 143 zwischen der ersten Biegewalze 18 und der Unterstützungswalze 16 biegt. Wie aus dem Vergleich der 1 und 2 (bzw. 15 und 16) erkennbar ist, ist der Grad der Biegung umso größer, je größer die Schwenkbewegung der Schlittenanordnung 14 in der Biegerichtung ist, wobei folglich der dem Metallwerkstoff der Stoßfängerstruktur 53 verliehene dauerhafte Krümmungsgrad umso größer ist.
Der Biegevorgang der Stoßfängerstruktur 53 am Biegungspunkt 143 ist am besten aus einem Vergleich der 15 und 16 ersichtlich, die die Walzen 16, 18 und 20 gesondert zeigen. 15 zeigt die zweite Biegewalze 20 in einer ersten Position der Schwenkeinstellung in Bezug auf die erste Biegewalze 18, während 16 die zweite Biegewalze 20 in einer zweiten Einstellposition zeigt, nachdem sie um die Drehachse der ersten Biegewalze 18 in der Biegerichtung (die in den 15 und 16 durch einen Richtungspfeil angezeigt ist, der von der Drehachse der zweiten Biegewalze 20 nach außen verläuft) geschwenkt worden ist.
Die Biegewalzen 18, 20 stehen mit dem Abschnitt der Stoßfängerstruktur 53 zwischen ihren äußeren Randgebieten 146, 150 in einem antreibenden Eingriff. Selbstverständlich ist der Abschnitt der Stoßfängerstruktur 53, der zwischen den Randgebieten 146, 150 der Biegewalzen 18, 20 liegt, jederzeit im wesentlichen tangential zu den Randgebieten 146, 150, wodurch er im wesentlichen senkrecht zu einer imaginären Linie ist, die zwischen den durch die Wellen 90, 106 der Walzen 18, 20 definierten Drehachsen gezogen wird (wobei diese imaginäre Linie in den 15 und 16 durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist). Eine Bewegung der zweiten Biegewalze 20 in der Biegerichtung bewegt die imaginäre Linie in einer rechtsdrehenden Richtung um die durch die Welle 90 definierte Achse, wobei sie folglich den Punkt des antreibenden Eingriffs der Stoßfängerstruktur und der äußeren Randgebiete 146, 150 der angetriebenen Biegewalzen 18, 20 in einer rechtsdrehenden Richtung über das äußere Randgebiet 146 der ersten Biegewalze 18 verschiebt. Die Schwenkbewegung der zweiten Biegewalze 20 ändert somit die Laufrichtung des Abschnitts der Stoßfängerstruktur zwischen den Biegewalzen 18, 20, so dass die Steigung des Wegs, auf dem die Stoßfängerstruktur zwischen den Randgebieten 146, 150 läuft, umso steiler ist, je größer die Bewegung der zweiten Biegewalze 20 in der Biegerichtung ist. Die Unterstützungswalze 16 liegt nah genug bei der ersten Biegewalze 18, so dass sich die Stoßfängerstruktur an einem Punkt zwischen ihnen in Reaktion auf die Schwenk- oder Umlaufbewegung der zweiten Biegewalze 20 in die Biegerichtung biegt.
Für den Fachmann auf dem Gebiet ist nun klar, dass die Unterstützungswalze 16 hinreichend nah bei den Biegewalzen 18 positioniert sein muss, um eine Biegung des Metallwerkstoffs über seine Elastizitätsgrenze hinaus in Reaktion auf die Schwenkbewegung der Unterstützungswalze 20 zu bewirken. Wenn die Unterstützungswalze 16 in einem relativ großen Abstand von den Biegewalzen 18, 20 positioniert wäre, würde die Bewegung der zweiten Biegewalze 20 in der Biegerichtung keine ausreichende Kraft erzeugen, um die Stoßfängerstruktur dauerhaft zu krümmen, insbesondere wenn bei der Konstruktion der Stoßfängerstruktur ein hochfester Stahl verwendet wird.
Wenn die Unterstützungswalze 16 auf einer Anordnung oder Station wäre und die erste und die zweite Biegewalze 18, 20 auf einer zweiten Anordnung oder Station wären, würden sie nicht eng genug positioniert sein, um den Metallwerkstoff ein ausreichendes Maß zu biegen, so dass ihm ein deutlicher, dauerhafter longitudinaler Krümmungsgrad verliehen wird, insbesondere wenn ein hochfestes Metall verwendet wird, um die Stoßfängerstruktur zu konstruieren. Weil die Unterstützungswalze 16 den Abschnitt der Stoßfängerstruktur, der unmittelbar vor der ersten und der zweiten Biegewalze liegt, entgegen der Biegekraft unterstützt, die durch die Walzen 18, 20 ausgeübt wird, ist es normalerweise nicht notwendig, dass die Unterstützungswalze 16 mit einer oberen Walze gepaart wird.
Wiederum anhand der 15 und 16 ist erkennbar, dass der Grad der Biegung der Stoßfängerstruktur umso größer ist, und dass folglich der permanente longitudinale Krümmungsgrad umso größer ist, je größer die rechtsdrehende Bewegung der zweiten Biegewalze um die durch die Welle 90 definierte Schwenkachse ist. Im allgemeinen biegen die Biegewalzen 18, 20 den Metallwerkstoff der Stoßfängerstruktur 53 an einem Punkt 143, der geringfügig vor dem Punkt des antreibenden Eingriffs zwischen der Stoßfängerstruktur 53 und den Biegewalzen 18, 20 liegt. Es ist erkennbar, dass sich die genaue Lage dieses Biegungspunkts ändert, wenn sich die Winkelstellung der Unterstützungswalze 18 in Bezug auf die Biegewalze 20 ändert.
Die Rollbiegeanordnung 10 ist so konfiguriert, dass die Stoßfängerstruktur 53 mit einer Innenkrümmung versehen wird. Folglich kommt die Stoßfängerstruktur 53 mit offenem Querschnitt in der in 3 gezeigten Ausrichtung mit der inneren Oberfläche 42 nach oben gewandt aus der Profilwalzanordnung 37 heraus. Die Stoßfängerstruktur kann selbstverständlich um 180 Grad gedreht werden, wobei die Rollbiegeanordnung 10 in der unten beschriebenen Weise neu konfiguriert wird, wenn es erwünscht ist, die Stoßfängerstruktur 53 in der Außenrichtung zu krümmen.
Die äußeren Randgebiete der Walzen 16, 18, 20 und 22 sind so geformt, dass sie den jeweiligen zugewandten Seiten der Stoßfängerstruktur 53 entsprechen. Genauer sind die äußeren Randgebiete 146, 150 der Biegewalzen 18, 20 von komplementärer ineinander greifender Konfiguration, wobei sie im wesentlichen im Profil die gleichen sind wie die Walzen zum Profilwalzen 39k und 39l der 14 und mit den jeweiligen Seiten der Stoßfängerstruktur 53 in einem direkten antreibenden Eingriff mit ihnen übereinstimmen. Wie erwähnt ist, ist der Achsenabstand zwischen den Wellen 90, 106 fest. Deshalb ist der radiale Abstand zwischen den äußersten Randgebieten 146 und 150 der ersten und der zweiten angetriebenen Walze 18 und 20 in allen Schwenkpositionen der Einstellung der zweiten Walze 20 in Bezug auf die erste Biegewalze 18 konstant. Vorzugsweise ist dieser Abstand zwischen den Randgebieten etwa gleich der Dicke des Metalls der Stoßfängerstruktur 53. Da die äußeren Randgebiete 146, 150 der ersten und der zweiten Biegewalze 18, 20 mit den zugeordneten Seiten der Stoßfängerstruktur übereinstimmen, kann die Stoßfängerstruktur durch die Wirkung der Walzen 18, 20 um ein hohes Maß gebogen werden, ohne den vorgegebenen transversalen Stoßfängerquerschnitt während des Rollbiegevorgangs zu quetschen oder anderweitig zu verformen. Insbesondere unterstützen die äußeren Randgebiete 146, 150 den transversalen Querschnitt und schützen in davor, während des Biegevorgangs gequetscht oder anderweitig verformt zu werden.
Ein hoher Stoßfängerkrümmungsgrad kann der Stoßfängerstruktur 53 durch die Winkeleinstellung der zweiten Biegewalze 20 bezüglich der ersten Biegewalze 18 verliehen werden. Der Krümmungsgrad hängt von einer Anzahl von Faktoren ab, die den Elastizitätsmodul des Metallwerkstoffs der Stoßfängerstruktur 53, die Dicke des Metallwerkstoffs und die Querschnittskonfiguration der Stoßfängerstruktur umfassen. Allerdings kann es eine Grenze für den Krümmungsgrad geben, der einer bestimmten Stoßfängerstruktur unter Verwendung der Biegewalzen 18, 20 und der Unterstützungswalze 16 verliehen wird. Eine übermäßige Schwenkbewegung der zweiten Biegewalze 20 in einer Biegerichtung kann dennoch ein Reißen oder ein unkontrolliertes Falten der Wandabschnitte der Stoßfängerstruktur 53 bewirken. Die Seitenwandabschnitte 38, 40 (siehe 3) sind insbesondere empfindlich gegen eine Verformung oder ein Falten während der Rollbiegung.
Die Hilfswalze 22 kann verwendet werden, um den Krümmungsgrad zu erhöhen, der einer Stoßfängerstruktur 53 über den hinaus verliehen wird, der unter Verwendung der Walzen 16, 18, 20 allein erreicht werden kann. Die Hilfswalze 22 ist vorzugsweise eine Spannwalze. Die Hilfswalze 22 ist nachfolgend zu der ersten und der zweiten angetriebenen Biegewalze positioniert, so dass der Abschnitt der Stoßfängerstruktur 53, der von den Biegewalzen 18, 20 in Durchlaufrichtung angetrieben wird, in die Hilfswalze getrieben wird, um die Stoßfängerstruktur 53 über die Elastizitätsgrenze des Metallwerkstoffs hinaus zu biegen.
Um die Krümmung der Stoßfängerstruktur 53 unter Verwendung der Hilfswalze 22 zu erhöhen, stellt die Bedienperson die Position der Hilfsschlittenanordnung 110 in Bezug auf die primäre Schlittenanordnung 14 unter Verwendung der Einstellanordnung 137 ein, wie voranstehend erwähnt ist, um die Walze 22 nach oben in Eingriff mit der nach unten gewandten Seite der Stoßfängerstruktur 53 zu bewegen. 1 zeigt die Hilfswalze 22 leicht darunter beabstandet und somit außer Eingriff mit der Stoßfängerstruktur 53. 2 zeigt die in Bezug auf die primäre Schlittenanordnung 14 nach oben bewegte Hilfswalze 22 (und die Hilfsschlittenanordnung 110), wobei sie die Hilfswalze 22 in Eingriff mit der Stoßfängerstruktur 53 zeigt.
Die Länge 155 der Stoßfängerstruktur 53 zwischen der ersten und der zweiten Biegewalze 18, 20 und der Hilfswalze 22 wird gebogen, wenn die Walzen 18, 20 die Stoßfängerstruktur 53 in die Hilfswalze 22 treiben. Es ist ermittelt worden, dass dieses Biegen einer angetriebenen Stoßfängerstruktur einen erhöhten Krümmungsbetrag über den hinaus verleihen kann, der ihr allein durch den Biegevorgang verliehen wird. Die der Stoßfängerstruktur 53 am Biegungspunkt 143 durch die Biegewalzen 18, 20 verliehene Biegung verleiht der Stoßfängerstruktur 53 einen ersten dauerhaften Krümmungsgrad, wobei die Hilfswalze 22 der Stoßfängerstruktur 53 einen zweiten dauerhaften Krümmungsgrad verleiht.
Ein Vorteil der Rollbiegeanordnung 10 ist, dass beide Schlittenanordnungen 14, 110 eingestellt werden können, während die Rollbiegeanordnung 10 in Betrieb ist. Folglich kann die Rollbiegeanordnung 10 "on-the-fly" (während des Betriebs) eingestellt werden. Diese Fähigkeit er laubt dem Bediener den Zustand der Stoßfängerstruktur 53, die aus der Rollbiegeanordnung 10 austritt, zu überwachen, während die Bedienperson dieselbe einstellt.
Wenn z.B. die zweite Biegewalze 20 zu weit in die Biegerichtung geschwenkt ist, wodurch bewirkt wird, dass die Wandabschnitte der besonderen Stoßfängerstruktur 53 leicht reißen oder sich unkontrolliert falten, bevor der gewünschte Krümmungsgrad erreicht ist, kann die Bedienperson die zweite Biegewalze 20 zurückschwenken, bis kein Falten und/oder Reißen mehr beobachtet wird. Die Bedienperson kann hierauf des weiteren der Betrag der verliehenen Krümmung erhöhen, indem sie die Hilfswalze 22 in der die Krümmung erhöhenden Richtung bewegt, so dass der Krümmungsgrad erhöht wird.
Weil die Bedienperson die Positionen der Walzen 20, 22 einstellen kann, während die Anordnung 10 in Betrieb ist, kann die Bedienperson einen weiten Bereich von Einstellungen an der Rollbiegeanordnung 10 erzeugen. Die Biegewalze 20 und die Hilfswalze 22 sind als die "Grob"- bzw. die "Fein"-Einstellung der Rollbiegeanordnung 10 vorstellbar. Der sich für eine bestimmte Stoßfängerstruktur ergebende Einstellvorgang kann verändert werden, um der bestimmten Stoßfängerstruktur eine Krümmung am günstigsten zu verleihen.
Das Antreiben der Walzen 16, 18, 20 ermöglicht einen größeren Stoßfängerkrümmungsgrad, der der Stoßfängerstruktur 53 durch die Rollbiegeanordnung 10 im Vergleich zu einer Rollbiegeanordnung mit passiven Walzen verliehen wird, weil das Antreiben der Stoßfängerstruktur 53 verhindert, dass dieselbe knickt, wenn sie durch die Rollbiegeanordnung 10 läuft. Ein Schieben der Stoßfängerstruktur in der Durchlaufrichtung durch die Rollbiegean ordnung würde dazu tendieren, dass die Stoßfängerstruktur knickt, wobei das Knicken die Stoßfängerstruktur, insbesondere den vorgegebenen transversalen Stoßfängerquerschnitt, verformt. Das Antreiben der Walzen 16, 18, 20 zieht die Stoßfängerstruktur 53 durch die Rollbiegeanordnung 10, wodurch ein Knicken verhindert wird.
Die Rollbiegeanordnung 10 versieht die vorgeformte Stoßfängerstruktur 41, die aus der Austrittsposition 43 der Profilwalzanordnung 37 herauskommt, mit einem gewünschten dauerhaften Stoßfängerkrümmungsgrad. Wie erwähnt ist, hat die Stoßfängerstruktur 53 ihre endgültige Stoßfängerform erlangt, nachdem die vorgeformte fortlaufende Stoßfängerstruktur 41 mit einem gewünschten Krümmungsbetrag versehen ist. Die Stoßfängerstruktur 53 wird hierauf in einzelne Stoßfängerelemente zerschnitten, von denen eines in 8 gezeigt und allgemein mit 47 bezeichnet ist.
Die einzelnen Stoßfängerelemente können verwendet werden, um Fahrzeugstoßfänger zu schaffen. Alternativ kann ein Stoßfängerelement (oder mehrere) an einer Stoßfängerbefestigungsstruktur angebracht werden, um die eine mindestens teilweise offene Seite jedes Stoßfängerelements zu schließen, so dass eine Stoßfängerbalkenanordnung mit einem geschlossenen Querschnitt ausgebildet ist. Das Verfahren zum Anbringen einer oder mehrerer einzelner Stoßfängerelemente an einer Befestigungsstruktur, um eine Stoßfängerbalkenanordnung mit einem geschlossenen Querschnitt auszubilden, ist z.B. in der US-Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 60/100.835 offenbart.
Eine Rollbiegeanordnung, die eine vorgeformte Stoßfängerstruktur, die einen teilweise geschlossenen Querschnitt aufweist, mit einer Stoßfängerkrümmung versieht, ist in den 5 und 6 dargestellt und allgemein mit 210 bezeichnet. Die Konstruktion und die Funktionsweise der Rollbiegeanordnung 210 sind ähnlich zu denen der Rollbiegeanordnung 10. Die Rollbiegeanordnung 210 ist in 5 schematisch gezeigt, um die Unterschiede zwischen den Anordnungen 10, 210 klarer zu zeigen.
In 5 sind eine angetriebene Unterstützungswalze 216, eine erste bzw. eine zweite angetriebene Biegewalze 218, 220 und eine Hilfswalze 222 der Anordnung 210 gesondert gezeigt. Die allgemeine Struktur und Funktion der Basis, die primäre Schlittenanordnung, die Hilfsschlittenanordnung und zugeordnete Strukturen der Rollbiegeanordnung 210 sowie die Weise, in der die Walzen 216, 218 und 222 an derselben angebracht sind, sind im wesentlichen identisch mit jenen, die für die Rollbiegeanordnung 10 gezeigt (siehe 1 und 2) und voranstehend beschrieben sind. Folglich wurden die Basis, die Schlittenanordnungen und zugeordnete Strukturen aus der 5 weggelassen. Abschnitte der Rollbiegeanordnung 210, die identisch mit Abschnitten der Rollbiegeanordnung 10 sind, sind mit identischen Bezugszeichen bezeichnet und nicht weiter beschrieben. Die Getriebe 164, 166 sind in gestrichelten Linien gezeigt, um die Struktur der zugeordneten Walzen klarer zu zeigen.
Der Hauptunterschied zwischen den Rollbiegeanordnungen 10, 210 ist, dass, wenn eine Stoßfängerstruktur mit einem teilweise geschlossenen Querschnitt (wie etwa die in 4 gezeigte beispielhafte Stoßfängerstruktur 75) in der Rollbiegeanordnung 210 gebogen wird, ein Paar Schlangendorne 230 im Inneren der Stoßfängerstruktur 75, ein Dorn 230 auf jeder transversalen Seite der Stoßfängerstruktur, vorgesehen ist. Gegenüberliegende Enden der Dorne 230 sind an Halteelementen 232, 233 (von denen Fragmente in 5 gezeigt sind und von denen eines in 6 gezeigt ist), die sich durch die Öffnung 90 der Stoßfängerstruktur 75 erstrecken, befestigt. Ein oberer Endabschnitt des Halteelements 232 ist vorzugsweise an einer Struktur auf der Hilfsschlittenanordnung 238 befestigt (gezeigt in der Seitenansicht in 6). Das Halteelement 233 ist vorzugsweise an der Basis angebracht. Zwei Paare von Zugstangen 244 sind zwischen den Haltern 232, 233 befestigt (ein Paar auf jeder Seite der Stoßfängerstruktur 75), wobei eine Reihe von Blöcken 246 an den Stangen angebracht ist.
6 zeigt eine Teilansicht der Rollbiegeanordnung 210 mit Blick auf den Ausgang der Anordnung 210 in die Durchlaufgegenrichtung. Die erste Biegewalze 218 ist im wesentlichen mit der ganzen äußeren Oberfläche der Stoßfängerstruktur 75 in Eingriff. Die zweite Biegewalze 220 umfasst seitliche Walzenabschnitte 250 mit kleinerem Radius, die mit den oberen Außenkanten 252 der Stoßfängerstruktur 75 rollend in Eingriff stehen, und einen mittleren Walzenanschnitt 254 mit größerem Radius, der sich durch die Öffnung 90 in den vorgegebenen Querschnitt erstreckt und mit einem mittleren Abschnitt der Oberfläche 86 der Innenseite der Stoßfängerstruktur 75 in Eingriff ist. Folglich erstreckt sich ein Schlangendorn 230 auf jeder Seite des mittleren Abschnitts 254 der zweiten Biegewalze 220. Die Schlangendorne 230 und die Halter 232 stehen gleitend in Eingriff mit den inneren Oberflächen der Stoßfängerstruktur 75. Alternativ können die Dorne 230 und/oder die Halter 232 so konstruiert sein, dass sie mehrere Walzen (nicht gezeigt) umfassen, die so konstruiert und angeordnet sind, dass sie mit den nach oben bzw. nach unten gewandten inneren Oberflächen 86 bzw. 255 des Querschnitts rollend in Eingriff gelangen.
Jede Stoßfängerstruktur wird vorzugsweise aus Bändern eines unverarbeiteten Blechwerkstoffs, vorzugsweise Stahl, gebildet. Ein bevorzugter Stahl zur Verwendung mit der Rollbiegeanordnung 10 ist ein Martensitstahl mit einer Zugfestigkeit zwischen etwa 190 ksi (bezeichnet als ein Martensit 190) und etwa 220 ksi (bezeichnet als ein Martensit 210) (oder einer Zugfestigkeit zwischen 1310 MPa und 1516 MPa). Diese Stähle sind leicht kommerziell verfügbar und werden jeweils mit dem Handelsnamen "Inland M190 steel" und "Inland M220 steel" bezeichnet. Der Martensit 190 und der Martensit 220 sind abgeschreckte und angelassene Stähle, die durch minimale Zugfestigkeiten von 190.000 Psi bzw. 220.000 Psi (1310 MPa bzw. 1516 MPa) gekennzeichnet sind. Sowohl der Martensit 190 als auch der Martensit 220 weisen eine ausschließlich angelassenes Martensit umfassende Kornstruktur auf.
Ein weiterer bevorzugter Stahl zur Verwendung mit der Rollbiegeanordnung 10 ist ein abgeschreckter und angelassener zweiphasiger 140T-Stahl. Dieser Stahl ist leicht kommerziell verfügbar und wird mit dem Handelsnamen "Inland Di-Form 140T steel" bezeichnet. Der zweiphasige 140T-Stahl ist durch eine minimale Zugfestigkeit von 140.000 psi (965 MPa) gekennzeichnet und weist eine Ferrit und angelassenen Martensit umfassende Kornstruktur auf.
Ein weiterer bevorzugter Stahl zur Verwendung mit der Rollbiegeanordnung 10 ist ein hochfester niedrig legierter 120XF-Stahl (HSLA-120XF-Stahl). Obgleich dieser Stahl als "hochfest niedrig legiert" bezeichnet wird, ist er nicht tatsächlich einer der hochfesten niedrig legierten Güten; wobei er jedoch als "hochfest niedrig legiert" bezeichnet wird, weil er durch einen ähnlichen Prozess hergestellt wird. Der HSLA-120XF-Stahl ist durch eine minimale 0,2%-Dehngrenze von 120.000 psi (827 MPa) gekennzeichnet und weist ausschließlich eine Ferritkornstruktur auf. Dieser Stahl ist leicht kommerziell verfügbar und ist mit dem Handelsnamen "LTV 120 XF steel" bezeichnet.
Diese Stähle werden vorzugsweise verwendet, um einzelne Stoßfängerelemente herzustellen, die alle eine gleichförmige Stahlwanddicke aufweisen. Vorzugsweise werden die Stoßfängerelemente aus einem Stahl mit einer Festigkeit von wenigstens etwa 120 ksi (827 MPa) konstruiert, wobei sie bevorzugter aus einem Stahl mit einer Festigkeit größer als etwa 180 ksi (1240 MPa) konstruiert werden.
Beispielsweise kann ein Stoßfänger aus einem walzgeformten Metallwerkstoff durch Schaffen eines langgestreckten walzgeformten Stoßfängerelements, das einen vorgegebenen transversalen Stoßfängerquerschnitt und eine longitudinale Erstreckung aufweist, konstruiert werden, wobei der vorgegebene transversale Stoßfängerquerschnitt eine mindestens teilweise offene Seite aufweist, die longitudinale Erstreckung eine vorgegebene Stoßfängerkrümmung von etwa null bis etwa achtzig hat und das Material eine Zugfestigkeit von wenigstens 120 ksi (827 MPa) besitzt. Vorzugsweise ist der Metallwerkstoff ein Stahl, der eine minimale 0,2%-Dehngrenze von etwa 120.000 psi (827 MPa) und ausschließlich eine Ferritkornstruktur aufweist. Bevorzugter ist der Metallwerkstoff ein abgeschreckter und angelassener Stahl, der eine minimale Reißfestigkeit von etwa 140.000 psi (965 MPa) und eine Ferrit und angelassenen Martensit umfassende Kornstruktur aufweist. Am bevorzugtesten ist der Metallwerkstoff ein abgeschreckter und angelassener Stahl mit einer minimalen Reißfestigkeit von etwa 190.000 psi bis etwa 220.000 psi (von etwa 1310 MPa bis etwa 1516 MPa) und hat eine vollständig angelassene Martensitkornstruktur. Wenn ein Stahl mit einer Festigkeit von wenigstens etwa 180 ksi (1240 MPa) in der Konstruktion verwendet wird, liegt die bevorzugte Stahlwanddicke des Stoßfängerelements im Bereich von etwa 0,8 mm bis etwa 1,6 mm, wobei sie stärker bevorzugt im Bereich von etwa 1,0 mm bis etwa 1,3 mm liegt. Wenn ein Stahl mit einer Festigkeit von etwa 120 ksi bis etwa 180 ksi (827 MPa bis 1240 MPa) in der Konstruktion verwendet wird, beträgt die Wanddicke jedes Stoßfängerelements vorzugsweise etwa 2,0 mm.
Die Rollbiegeanordnungen 10, 210 können so konstruiert sein und betrieben werden, dass für vorgeformte Stoßfängerstrukturen, die aus einem weiten Bereich von Metallwerkstoffen mit einem weiten Bereich an Stoßfängerquerschnitten konstruiert sind, ein weiter Bereich einer inneren oder äußeren Stoßfängerkrümmung bereitgestellt wird. Es liegt im Umfang der Erfindung, dass ein aus irgendeinem hier beschriebenen Metallwerkstoff konstruiertes Stoßfängerelement entweder mit einem offenen oder einem geschlossenen Querschnitt sowie mit einer Stoßfängerkrümmung von bis zu 80 oder höher hergestellt wird.
Es ist klar, dass die Beschreibung der Konstruktion und der Funktionsweise der Rollbiegeanordnung lediglich beispielhaft ist und den Umfang der Erfindung nicht einschränkt. Beispielsweise kann eine Rollbiegeanordnung gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung konstruiert werden, die eine innere oder äußere Stoßfängerkrümmung über 80 erzeugt. Es werden Ausführungsformen in Betracht gezogen und sind konstruiert worden, die eine Krümmung so hoch wie etwa 155 erzielen.
Es liegt außerdem im Umfang der vorliegenden Erfindung, eine vertikal über der angetriebenen Unterstützungswalze 16 beabstandete angetriebene Gegenwalze vorzusehen, wenn relativ hohe Krümmungsgrade (z.B. über etwa 80) für eine vorgeformte Stoßfängerstruktur vorgesehen sind oder wenn die Dicke des Metallwerkstoffs relativ hoch ist oder beides. Es ist ermittelt worden, dass die zusätzliche Walze eine größere Stabilität für die Stoßfängerstruktur während des Rollbiegevorgangs schafft.
Ähnlich sollen die Beschreibung der bei der Stoßfängerkonstruktion verwendeten Metallwerkstoffe und die Beschreibungen der Stoßfängerkonstruktion die Erfindung veranschaulichen und nicht den Umfang der Erfindung einschränken. Werkstoffe mit Eigenschaften außerhalb des hier beschriebenen Bereichs werden ebenso in Betracht gezogen, um bei der Stoßfängerkonstruktion verwendet zu werden. Beispielsweise kann Stahl mit einer Härte unter 120 (827 MPa) in einer gemäß den hier beschriebenen Prinzipien konstruierten Rollbiegeanordnung gekrümmt werden.
Ähnlich sind die beschriebenen und veranschaulichten Stoßfängerquerschnitte beispielhaft und sollen allgemeine Querschnittstypen veranschaulichen und nicht den Umfang von Stoßfängerstrukturen, die unter Verwendung der Rollbiegeanordnung gekrümmt werden können, einschränken oder die Stoßfängerelemente, die gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung konstruiert werden, auf Elemente mit speziellen Querschnitten beschränken.
Während die Erfindung anhand einer begrenzten Anzahl von Ausführungsformen offenbart und beschrieben worden ist, ist klar, dass Änderungen und Abwandlungen daran ohne Abweichung vom Umfang der Erfindung vorgenommen werden können. Deshalb sollen die folgenden Ansprüche alle derartigen Abwandlungen, Änderungen und Entsprechungen hiervon in Übereinstimmung mit den hier angemerkten Prinzipien und Vorteilen abdecken.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines walzgeformten Stoßfängers, der einen Metallwerkstoff umfasst und einen vorgegebenen transversalen Querschnitt sowie eine vorgegebene Krümmung aufweist, wobei das Verfahren folgendes umfasst: Zuführen einer Stoßfängerstruktur (40) in eine Formungsanordnung (10) längs einer Linienebene, wobei die Stoßfängerstruktur einen vorgegebenen transversalen Querschnitt und eine im wesentlichen geradlinige longitudinale Konfiguration aufweist, wobei die Formungsanordnung eine angetriebene Unterstützungswalze (16) und ein Paar angetriebener, zusammenwirkender Biegewalzen (18, 20) umfasst, wobei eine erste Walze (18) des Biegewalzenpaars so positioniert ist, dass die Stoßfängerstruktur aus der Linienebene ausgelenkt wird, und eine zweite Walze (20) des Biegewalzenpaars so positioniert ist, dass sie um die erste Walze umläuft, gleichzeitiges Antreiben der Unterstützungswalze und Drehen der beiden zusammenwirkenden Biegewalzen in entgegengesetzten Richtungen, um die Stoßfängerstruktur zwischen das Paar zusammenwirkender Biegewalzen zuzuführen, und Umlaufenlassen der zweiten Biegewalze um die erste Biegewalze, um die Stoßfängerstruktur zwischen der Unterstützungswalze und der ersten Biegewalze zu biegen, wodurch der Stoßfängerstruktur eine dauerhafte longitudinale Krümmung verliehen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem durch Ändern eines Umlaufgrades in dem Schritt des Umlaufenlassens die der Stoßfängerstruktur (40) verliehene dauerhafte Krümmung geändert wird.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die dauerhafte longitudinale Krümmung die vorgegebene Krümmung ist.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Formungsanordnung des weiteren eine Hilfswalze (22) umfasst, die so positioniert werden kann, dass sie mit der Stoßfängerstruktur (40) in Eingriff gelangt, wenn die Stoßfängerstruktur das Paar zusammenwirkender Walzen (18, 20) verlässt, wobei das Verfahren des weiteren einen Schritt des Bewegens der Hilfswalze relativ zu der Biegewalze (18) umfasst, um die Stoßfängerstruktur um die zweite Biegewalze zu biegen, wodurch dem Stoßfänger eine weitere dauerhafte longitudinale Krümmung verliehen wird.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die weitere dauerhafte longitudinale Krümmung die vorgegebene Krümmung ist.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Verfahren des weiteren einen Schritt des Schneidens der Stoßfängerstruktur (40) auf eine gewünschte Länge umfasst, wodurch mehrere Stoßfängerelemente (47) mit der vorgegebenen Krümmung geschaffen werden.
Stoßfänger, der aus einem walzgeformten Metallwerkstoff konstruiert ist und ein langgestrecktes walzgeformtes Stoßfängerelement (47) umfasst, das einen vorgegebenen transversalen Querschnitt und eine longitudinale Erstreckung aufweist, wobei der vorgegebene transversale Querschnitt eine mindestens teilweise offene Seite aufweist, wobei der Metallwerkstoff eine Zugfestigkeit von wenigstens 827 MPa aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die longitudinale Erstreckung eine vorgegebene Stoßfängerkrümmung von etwa 80 aufweist, was bedeutet, dass für eine Sehnenlänge von 1,52 m (60''), die längs des Stoßfängers gemessen wird, der maximale Abstand zwischen dem Stoßfänger und der Sehne 0,25 m (10'') beträgt.
Stoßfänger nach Anspruch 7, bei dem der Metallwerkstoff Martensitstahl ist.
Stoßfänger nach Anspruch 8, bei dem der Metallwerkstoff ein Stahl ist, der eine minimale 0,2%-Dehngrenze von etwa 120.000 psi (827 MPa) und eine Ferritkornstruktur aufweist.
Stoßfänger nach Anspruch 9, bei dem das Stoßfängerelement eine Dicke von weniger als 2,0 mm aufweist.
Stoßfänger nach Anspruch 7, bei dem der Metallwerkstoff ein abgeschreckter und nachgelassener Stahl ist, der eine minimale Reißfestigkeit von 140.000 psi (965 MPa) und eine Ferrit und nachgelassenen Martensit umfassende Kornstruktur aufweist.
Stoßfänger nach Anspruch 11, bei dem das Stoßfängerelement eine Dicke von weniger als 2,0 mm umfasst.
Stoßfänger nach Anspruch 7, bei dem der Metallwerkstoff ein abgeschreckter und nachgelassener Stahl mit einer minimalen Reißfestigkeit von 190.000 bis 220.000 psi (von 1.310 MPa bis 1.516 MPa) ist und eine abgeschreckte Martensitkornstruktur hat.
Stoßfänger nach Anspruch 13, bei dem das Stoßfängerelement eine Dicke im Bereich von 0,8 mm bis 1,6 mm hat.
Stoßfänger nach Anspruch 14, bei dem das Stoßfängerelement eine Dicke im Bereich von 1,0 mm bis 1,3 mm hat.
Rollbiegeanordnung (10) mit: einer angetriebenen Unterstützungswalze (16), die so angeordnet ist, dass sie eine streifenförmige Stoßfängerstruktur (40) auf einer Linienebene aufnimmt und einer angetriebenen ersten Biegewalze (18), die so angeordnet ist, dass sie die Stoßfängerstruktur aus der Linienebene ablenkt, und einer angetriebenen zweiten Biegewalze (20), die mit der ersten Biegewalze so zusammenwirkt, dass sie sich entgegengesetzt zu dieser dreht, wobei die zweite Biegewalze beweglich angebracht ist, damit sie um die erste Biegewalze umlaufen kann, und einer Einstellanordnung (137), die mit der zweiten Biegewalze (20) in einem funktionalen Eingriff ist, um die Umlaufbewegung der zweiten Biegewalze um die erste Biegewalze (18) zu bewirken, wobei die Umlaufbewegung einen Eingriff der zweiten Biegewalze mit der Stoßfängerstruktur zwischen der Unterstützungswalze (16) und der ersten Biegewalze (18) bewirkt und die Stoßfängerstruktur (40) gegen diese gedrängt wird, wodurch der Stoßfängerstruktur eine dauerhafte longitudinale Krümmung verliehen wird.
Rollbiegeanordnung (10) nach Anspruch 16, wobei die Anordnung des weiteren eine Hilfswalze (22), die beweglich so angebracht ist, dass sie sich relativ zu der ersten Biegewalze (18) bewegt, und eine Hilfseinstellanordnung (110), die mit der Hilfswalze funktional in Eingriff ist, um die relative Bewegung zu bewirken, umfasst, wobei die relative Bewegung den Eingriff der Hilfswalze mit der Stoßfängerstruktur (40) bewirkt, um die Stoßfängerstruktur um die zweite Biegewalze zu drängen, wodurch der Stoßfängerstruktur eine weitere longitudinale Krümmung verliehen wird.
Rollbiegevorrichtung nach Anspruch 17, bei der die Walzen (16, 18, 20, 22) komplementär geformt sind, damit sie mit der Stoßfängerstruktur (40) in einer einander zugewandten Beziehung in Eingriff gelangen.
Rollbiegevorrichtung nach Anspruch 18, wobei die Vorrichtung des weiteren einen Dorn (230) aufweist, der mit dem Innenraum der Stoßfängerstruktur in Eingriff gelangt und sie unterstützt.