(57)【要約】  本発明は、高圧流体により膨張される中空プロファイル（７）の周縁（３４）にネジ接続点（１）を形成するための方法及び装置に関する。ハイドロフォーミングモールド（２）の中空プロファイル（７）には、内側にねじ山を有する孔（１８）を備えるアタッチメント（１７、３１）が取り付けられ、次に中空プロファイル（７）には、孔（１８）と整列して穴が形成される。本発明の目的は、単純かつ信頼性の高いプロセスで中空プロファイル（７）の周縁（３４）に耐久性のあるネジ接続点（１）を形成することにある。これを達成するために、アタッチメント（１７、３１）を、ハイドロフォーミングモールド（２）と一体である電極（１１、３０）により、中空プロファイル（７）の方に前進させる。形成するネジ接続点（１）の近傍にアタッチメント（１７、３１）をモールドの逃げ部（５）に配置したら、前記アタッチメントは、電極（１１、３０）により中空プロファイル（７）に抵抗溶接される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体による高い内圧によって膨張形成される中空プロファイルの周縁へネジ接続点を形成する方法であって、雌ネジを備える孔を有するアタッチメントがハイドロフォーミング工具の内部に置かれた前記中空プロファイルに取り付けられ、前記中空プロファイルが前記孔と面一で穿孔される方法において、
前記アタッチメント（１７、３１）が、前記ハイドロフォーミング工具（２）と一体構成された電極（１１、３０）によって前記中空プロファイル（７）まで案内され、前記中空プロファイルがダイの逃げ部（５）に当接した後、前記アタッチメント（１７、３１）は前記電極（１１、３０）を介し、形成される前記ネジ接続点（１）の領域において前記中空プロファイル（７）に抵抗溶接されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記溶接が前記穿孔前に行われることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記中空プロファイル（７）が、前記アタッチメント（１７、３１）の前記孔（１８）と貫通されることを特徴とする請求項１あるいは２に記載の方法。
【請求項４】
前記アタッチメント（３１）が前記電極（３０）によって前記中空プロファイルの壁に圧入され、前記アタッチメント（３１）が、その端面の切削形状（３３）によって前記中空プロファイルの壁に前記穴（３９）を形成し、そして前記溶接が行なわれることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記穿孔が、前記中空プロファイル材料の、材料の変形によって外側から内側に行われることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
穿孔中、前記中空プロファイルの壁から穴のスラグ（２２）が、外側から内側に分離されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
中空プロファイルの周縁にネジ接続点を形成する装置であって、前記中空プロファイルが流体による高い内圧によって膨張させられるために配置されるダイの逃げ部で構成された成形キャビティを有するハイドロフォーミング工具と、前記ダイの逃げ部に開口するガイド孔に移動可能に案内されネジ接続点を設ける位置において中空プロファイルの壁を穿孔するためのるパンチと、前記ガイド孔に収容される雌ネジを備える孔を有するアタッチメントとを備える装置において、
電極（１１、３０）が前記ハイドロフォーミング工具（２）に一体構成されている抵抗溶接設備をさらに含み、前記電極（１１、３０）の少なくとも一方が前記ガイド孔（９）に配置され、かつその端面（１４）が、前記ガイド孔（９）において、前記中空プロファイル（７）に向かって開口しかつ前記アタッチメント（１７、３１）が配置される収容キャビティ（１６）を画成することを特徴とする装置。
【請求項８】
前記ガイド孔（９）に配置された前記電極（１１）が前記パンチ（１３、２５）を同心状に囲むことを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記電極（３０）が前記パンチを構成し、その端面において、前記中空プロファイル（７）に面する切削形状（３３）を有する前記アタッチメント（３１）が位置していることを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項１０】
前記電極の一方が、前記ハイドロフォーミング工具（２）自体で構成されることを特徴とする請求項７〜９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
前記パンチ（２５）が、その自由端（２６）に矢形状の先端（２７）を有することを特徴とする請求項７、８あるいは１０に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前段によるネジ接続点の形成方法、及び請求項７の前段によるその方法を実施するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な方法、又は一般的な装置が、特許文献１から知られている。その場合、打ち抜きパンチが案内される中心ボアを有するパンチが、ハイドロフォーミング工具に組み込まれる。打ち抜きパンチの自由端は、それが収容されるパンチの端部を越えて突出し、貫通開口部を有するアタッチメントが、打ち抜きパンチの端部上にネジ接続されている。打ち抜きパンチが非使用位置にあるときには、自由端は、収容パンチからみて外側を向いているアタッチメントの側面と面一で終端する。パンチの一部分が、ハイドロフォーミング工具のガイド孔に移動可能に案内され、そのガイド孔は、フォーミング工具のダイの逃げ部に開口し、そのダイの逃げ部は成形キャビティを画成する。成形キャビティには中空プロファイル素材が挿入され、それは、ハイドロフォーミング工具を閉鎖した後に、流体により高い内圧が生成されることによって、ハイドロフォーミング工具のダイの逃げ部の輪郭に忠実に当接するまで膨張し、それにより、所望の中空プロファイル形状を形成する。次にパンチを、ピアスパンチ及びアタッチメントと共に、中空プロファイルの方に移動し、その結果、中空プロファイルが型押しされて、ほぼアタッチメントの寸法を有するポケットを得る。流体により高い内圧が作用し続けるために、中空プロファイルの壁がアタッチメントの外側に密接して支持し、アタッチメントを中空プロファイルの壁に拘束する。最後に、収容パンチが取る位置において、ピアスパンチをさらに前方に移動し、その結果、雌ネジを有するアタッチメントが中空プロファイルを貫通する。中空プロファイルの内部に穴のスラグが落ちる。
【０００３】
中空プロファイルにそのように結合したアタッチメントには比較的大きな張力がかかる。しかし、このアタッチメントはポケットから外れる可能性がある。この場合、ネジ接続点が破壊される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】独国特許出願公開第１９７  ３３  ４７７Ａ１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、耐久性のあるネジ接続点を、中空プロファイルの周縁に単純で信頼性高いプロセスで形成できるように、一般的な方法を発展させることに基づく。さらに、この方法を実行するための装置を特定する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的を、本発明に従って、方法に関しては請求項１の特徴により、装置に関しては請求項７の特徴により達成する。
【０００７】
雌ネジを備えるアタッチメントの中空プロファイルへの抵抗溶接により、非常に耐久性のあるネジ接続点を形成し、そのネジ接続点は、張力方向及び圧縮方向における高い機械的応力にも耐える。電極が同時に、溶接接続点を生じる部位までアタッチメントを案内するために、ネジ接続点の形成プロセスを経済性の点から単純にする。アタッチメントを、電極及びそのガイド孔で構成される収容キャビティに配置するために、定められた、信頼性の高い、正確で、とりわけ再現可能な方法で中空プロファイルに位置決めできる。これは、アタッチメントの製造許容誤差に関わらず適用される。なぜなら、電極がハイドロフォーミング工具に一体にされているので、電極は、新しい各溶接操作において常に中空プロファイルの同一点に達するからである。膨張による成形により、中空プロファイルはアタッチメントの輪郭に忠実に当接し、その結果接合面は、中空プロファイルの方に面するアタッチメントの全側面にわたって延在し、それゆえ最大限に保持することを保証する。それゆえ、相互の支持接触は局所的ではなく、平面的である。さらに、機械的応力の場合には、導入される力が分散され、その結果これらの応力が、中空プロファイルによって、より吸収されるので、ネジ接続点は損傷を受けない状態に維持される。アタッチメントの案内及び位置決め操作は電極が行うため、これらの目的の１つを果たすために、それぞれ別の工具を必要とすることはない。抵抗溶接設備の電極がハイドロフォーミング工具に一体であるため、必要な機器の量を減らし、構造空間を著しく削減する。さらに、アタッチメントを、中空プロファイルによって機械的に留める必要はない。これにより、中空プロファイルの材料を薄くすることが可能である。従って、本発明によるネジ接続点の場合、結合操作中、特に中空プロファイルは亀裂せず、本発明による形成方法の場合には確実にプロセスの信頼性が高くなる。
【０００８】
本発明の特に好ましい発展形態において、請求項２によれば、穿孔前に溶接を行う。それにより、溶接操作の質を損なう圧力流体の溶接点への到達を回避する。さらに、ネジ接続点の形成において、圧力が時期尚早に低下しないようにすることが達成できる。この圧力の低下は、電極の圧力によりおそらく穿孔時に発生し、中空プロファイルに窪んだ箇所を形成する。そのような陥没箇所は、アタッチメントを中空プロファイルへ全面溶接するには不利である。さらに、アタッチメントは、とりわけ早い時点で中空プロファイルに既に固定して配置され、中空プロファイルに対するアタッチメントの位置決めに関して全く問題はないようにされている。非常に迅速に続いて行われる溶接及び穿孔のプロセスのステップにおいて、溶接操作に伴う溶接熱が少なくとも部分的に溶接点に集中し、その結果、ネジ接続点の領域において中空プロファイル材料は、その後も容易に成形可能及び加工可能となるという利点がさらに保証される。その結果、熱によって中空プロファイル材料が比較的軟らかにされているために、プロセスの穿孔ステップが容易となる。
【０００９】
本発明の特に好ましい別の発展形態において、請求項３によれば、中空プロファイルは、アタッチメントの孔を通って貫通させられる。それにより、ピアスパンチを案内し、その結果、ピアスパンチは常に中空プロファイルに正確な箇所で突き当たる。それにより、非常に高い製造精度をネジ接続点において達成する。
【００１０】
本発明による方法の代替的な好ましい発展形態では、請求項４によれば、アタッチメントが電極により中空プロファイルの壁に圧入される。切削形状の端面を有するアタッチメントは、それ自体が中空プロファイルの壁に穴を形成する。次に中空プロファイルへの溶接を行う。本発明のこの変形例の場合、アタッチメントは、これを中空プロファイルの壁に圧入させるために、中空プロファイルに対するその正確な位置に達する。中空プロファイルへアタッチメントを予備的であるが正確に配置すること、及び同時に穴をアタッチメントにより形成することは、製造プロセス全体を単純化する。なぜなら、これ以上ほとんどその圧入位置に保持しかつ中空プロファイルに押圧する必要がないからである。アタッチメントが中空プロファイルに位置決めされた時点で穴の形成が既に行われているため、製造プロセスが迅速化される。アタッチメントは既に中空プロファイルの壁に圧入されているので、その後、アタッチメントを中空プロファイルに抵抗溶接によって最終的に配置する際に、機械的溶接圧力をなんら追加的に印加する必要がなく、これにより、対応する加圧用装置がないため溶接装置を単純化する。穿孔時、中空プロファイルを可能な限り気密に保つために、押し込まれるアタッチメントに設けられるスタブは、中空プロファイルの内部に向かって先細になる僅かに円錐形状を有する。装置の対応する有利な発展形態の場合には、本発明によれば、請求項９に記載するように、電極自体がパンチを構成し、アタッチメントをパンチの端面で支える。上述したように、アタッチメントは、中空プロファイルの方に面して切削形状を有する。この場合電極は、ピアスパンチそれ自体を構成しないが、アタッチメントを中空プロファイルに押圧するパンチを構成する。切削形状がアタッチメント自体に有利に設けられているので、別個のピアスパンチは全くなく、それにより、アタッチメントがピアスパンチの機能を果たす。ピアスパンチが無いことにより、ネジ接続点を形成するための装置の制御をさらに単純にする。
【００１１】
本発明の好ましい発展形態において、請求項５によれば、中空プロファイル材料の、材料の変形（位置をずらすこと）により外側から内側に穿孔をもたらす。この対応に基づいて、本発明による装置の好ましい発展形態によれば、請求項１１によれば、パンチはその自由端に矢形状の先端を有する。中空プロファイルの材料の変形のため、除去に資源の消費を伴う穴のスラグが形成されない。この材料の位置ずれは、作用する高い内圧と、穿孔するために中空プロファイルを貫通するパンチの矢形状の先端の組み合わせにより達成される。同時に、打ち抜かれた位置ずれビードが、アタッチメント及び中空プロファイルにねじ込まれるネジ用のガイドの延長部を構成する。次にこのネジは、例えばそのねじ山によって、ねじ込まれる時に雌ネジを位置ずれビードに切り込むことができる。
【００１２】
本発明の別の好ましい発展形態では、請求項６によれば、穿孔中、穴のスラグが中空プロファイルの壁から、外側から内側に分離される。穴のスラグの形成により、穴を非常に正確な大きさにすることができる。それによりまた、アタッチメント上での中空プロファイルの支持接触面を減少させる寸法減少の発生を回避することができる。アタッチメントへの結合接続のための中空プロファイルの利用可能な面全体の維持に関連して、支持接触面が最大に保持されているために、既に接続されている場合には損傷されず、接続されていない場合には、溶接操作に関して耐久性が特に良好となる。
【００１３】
本発明による装置の特に好ましい別の発展形態では、請求項８によれば、ガイド孔に配置された電極がパンチを同心状に囲む。これにより、パンチは、電極に対してそれ自体が同軸である収容キャビティに配置されたアタッチメントの孔に、正確に送り込まれる。それによりパンチが、アタッチメントに衝突することが回避される。パンチが電極によってほとんど遊びなく取り囲まれるため、パンチは電極に、導かれて信頼性高く案内される。
【００１４】
本発明の特に好ましい別の発展形態では、請求項１０によれば、電極の１つがハイドロフォーミング工具自体によって構成される。これにより、装置又はハイドロフォーミング工具に第２の電極を導入する必要が無くなるため、装置の配置に必要な機器の量をかなり大幅に低減できる。ハイドロフォーミング工具は、いずれの場合も導電性の金属、具体的には鉄、あるいは鋼で構成されているので、このハイドロフォーミング工具を電気的な極性に接続することは容易である。有利には、この電気的な極性をフォーミング工具のいずれかの所与の位置に取り付けて、電気的接続を、設置施工者にとって最適であると思われる位置に配置することができるようにする。別個の電極がないために、装置の構成部品数を少なくし、それによりさらに装置は単純になる。
【００１５】
別の状況では、アタッチメントを穿孔操作前に中空プロファイルに溶接するため、中空プロファイルがアタッチメントにより補強され、ピアスパンチが当たるときの中空プロファイルの壁への型押しの動きに対抗することに留意されたい。従って、中空プロファイルの壁は、望ましくない態様で窪むことはない。
【００１６】
有利には、コンデンサ放電溶接を抵抗溶接に使用する。この方法は、数ミリ秒のみ続く数十万アンペアという、高い電流パルスでの急速な電流上昇、短い溶接時間及び高い溶接電流を特徴とする。この方法を、アタッチメントの中空プロファイルへの接続に適用することにより、溶接操作に冷却が必要なく、かつ溶接を、アニーリングを行うことなくかつ遅れも生じることなく、最終品の加工部品が溶接後にも寸法精度を保持するようにするという結果をもたらす。溶接方法は、プロセスに関して確実に、かつ高い機械的応力にさらされ得る接合の質を達成することができるので、熱に弱い部品、被覆金属、０．２％超の炭素含有量を有する鋼及び接合される２つの要素の材料厚の違いの使用を可能とする。溶接データ（力、エネルギ、溶接電流及び溶融）を記録することによる質の監視は非常に単純である。同時に、蓄積容量の使用のために、電力ネットワークに対する要求はごく僅かである。
【００１７】
本発明を、以下、図面に示す複数の例示的な実施形態を参照してより完全に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】穴のスラグを形成する穿孔操作中の本発明による装置の断面図である。
【図２】パンチにより材料の位置をずらすことによる穴の形成中の本発明による装置の断面図である。
【図３】アタッチメントが中空プロファイルの壁に圧入され、穴のスラグを実現させた本発明による装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１に、中空プロファイル７の周縁３４にネジ接続点１を形成するための装置を示す。この装置は、上部ダイ３及び下部ダイ４で構成されるハイドロフォーミング工具２を含む。ダイ３及び４の相互に向き合う面には、ダイの逃げ部５を作り込み、この逃げ部は、工具２を閉じたとき、すなわち上部ダイ３を下部ダイ４に載せたとき、成形キャビティ６を画成する。中空プロファイル７は、成形及び穿孔のためにこの成形キャビティ６に収容される。上部ダイ３及び下部ダイ４の相互に向き合う面にはガイド孔９を作り込み、その軸３５は、２つのダイ３及び４の分割線８の平面にある。ガイド孔９は、一方では、ハイドロフォーミング工具２から延びており、他方では、フォーミング工具２のダイの逃げ部５に開口している。ガイド孔９には電気絶縁スリーブ１０が挿入されており、スリーブはガイド孔９全体に延在し、壁３６に密接して支持される。本発明による装置の電気抵抗溶接設備の電極１１が、スリーブ１０にほとんど遊びなく移動可能に案内される。電極１１は、その端面１４及びスリーブ１０の内側１５によって、電極１１に対して同軸状にアタッチメント１７が配置される収容キャビティ１６を画成する。収容キャビティ１６は、ダイの逃げ部５に向かって又は中空プロファイル７に向かって開口するように形成されている。電極１１は中心ブシュ１２を有し、それを通ってパンチ１３が延在する。この場合電極１１は同心状にパンチ１３を囲み、パンチはブシュ１２において移動可能に駆動される。
【００２０】
ネジ接続点１を形成するために、先ず中空プロファイル素材をハイドロフォーミング工具２の成形キャビティ６に挿入し、中空プロファイル素材がハイドロフォーミング工具２のダイの逃げ部５の輪郭に忠実に押し付けられるまで、中空プロファイル素材の内部２３に流体により生じる高い内圧によって、それを膨張させる。その後すぐに収容キャビティ１６にアタッチメント１７を設ける。アタッチメントは、雌ネジを有する中心貫通孔１８を有する。パンチ１３と一緒に電極１１を送り込む動きの場合には、電極１１から突出するパンチ１３の端部３７上に接続されたアタッチメント１７を、中空プロファイル７まで移動させ、中空プロファイル７と電極１１の端面１４との間に取り囲み、アタッチメント１７の電極１１の方を向く端面１９が電極１１の端面１４に、かつその中空プロファイル７の方を向く端面２０が、中空プロファイルの周縁３４に押し付けられるようにする。この状態において、電気抵抗溶接設備を作動させ、ハイドロフォーミング工具２、すなわち上部ダイ３又は下部ダイ４のいずれかに電気的な極性を与え、それぞれの工具部分が抵抗溶接設備の他方の電極を構成するようにする。生成される電流の流れにおいて、アタッチメント１７は中空プロファイル７の周縁３４に溶接され、溶接接続部２４が形成される。アタッチメント１７が溶接接続部２４によって中空プロファイル７にしっかりと取り付けられたら直ちに、打ち抜きパンチとして実現されるパンチ１３が、中空プロファイル７の方向に前方へと進み、アタッチメント１７の孔１８を通って進み、中空プロファイル７から、穴のスラグ２２を構成する壁の一部を打ち抜き、中空プロファイル７の内部２３に穴２１を形成する。これは、中空プロファイル７の内部２３に高い内圧がある間に行う。穴の形成後、中空プロファイル７中の流体による高い内圧を取り除き、パンチ１３を成形キャビティ６から、又は中空プロファイル７の内部２３から引き抜く。この場合穴のスラグ２２が中空プロファイル７の内部２３に落ちる。ここでハイドロフォーミング工具２を開放でき、かつアタッチメント１７及び穿孔された中空プロファイルの壁の穴領域で構成されたネジ接続点１を備える中空プロファイル７を、フォーミング工具２から取り除くことができる。ネジ接続点１を生じさせるために、ネジ又は雄ネジを有するピンをネジ接続点にねじ込むことができる。
【００２１】
前述の例示的な実施形態からの展開において、本発明の新しい変形例では、パンチ１３に相当するパンチ２５を、自由端２６において矢形状の先端２７で実現する（図２）。穴３８を形成するために、アタッチメント１７が中空プロファイル７に溶接された後、パンチ２５を中空プロファイル７に移動させ、パンチがその先端２７によって中空プロファイルの壁７を突き刺す。中空プロファイル７の内部２３において優勢な高い内圧の反作用力の下で、パンチ２５から衝撃を受ける中空プロファイル材料が横にずらされ、中空プロファイルビード２８を形成する。同時に、中空プロファイル７の外周３４に、アタッチメント１７の下側に窪んだキャビティ２９が形成される。そのため、この例示的な実施形態で説明する方法は、穴のスラグ２２を持たない穴３８を形成する。中空プロファイル７を取り除くために、前述の例示的な実施形態の打ち抜きパンチ１３の場合のように、パンチ２５を中空プロファイル７から引き戻し、アタッチメント１７の孔１８からも少し距離を置くように引き抜く。明らかに、流体による高い内圧は、ハイドロフォーミング工具２が開放される前に除去され、圧力流体が取り除かれる。
【００２２】
本発明の別の変形例を図３に示す。そこでは、電極３０は中実設計であり、孔がない。アタッチメント３１は、スタンピングナットのモデルに従って実現される。前述の２つの例示的な実施形態とは対照的に、ここで最初に行うのは、アタッチメント３１の溶接ではなく中空プロファイル７の穿孔である。この場合パンチの役割を果たす電極３０は、アタッチメント３１を中空プロファイル７の壁に対して押圧して、切削形状３３を有するアタッチメント３１のスタブ３２を中空プロファイルの壁に圧入し、同時に穴のスラグ２２及び穴３９を形成するようにする。そのようにして中空プロファイルの壁に固定されたアタッチメント３１は、今度は中空プロファイルの壁に抵抗溶接される。高い内圧に抗して中空プロファイル７の外側の気密性を確実にするために、スタブ３２を、中空プロファイルの内部２３に向かって僅かに先細になる円錐形状とし、スタブ３２の円錐形状と特に良好な機密性を生じる楔面が、形成された穴３９の端部に生じるようにする。
【００２３】
上述の３つの例示的な実施形態全てにおいて、電気絶縁スリーブ１０が同様にガイド孔９において移動可能であることが考えられる。これは特に、ネジ接続点１が形成された中空プロファイル７を、ハイドロフォーミング工具２から障害なく取り除く場合に有用である。この場合、ハイドロフォーミング工具２が開放しているときに中空プロファイル７を成形キャビティ６から持ち上げて解放することができ、スリーブ１０は、ネジ接続点１又はアタッチメント１７、３１から引き戻した位置に留まる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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