DE10161999C1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines umfänglich geschlossenen Hohlprofiles - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines umfänglich geschlossenen Hohlprofils, wobei ein hohler länglicher Rohling in eine Gravur eines Innenhochdruckumformwerkzeuges eingelegt wird und nach dem Schließen des Umformwerkzeuges unter Bildung zumindest einer Aushalsung mittels fluidischen Innenhochdruckes aufgeweitet wird. Um ein umfänglich geschlossenes Hohlprofil in einfacher Weise an nahezu beliebig geformten Bauteilen anzubringen, wird vorgeschlagen, dass die Aushalsung bei bleibendem Innenhochdruck unter Ausformung eines Befestigungsflansches mittels eines Stempels gestaucht wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Hohlprofiles gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung desselben nach dem Oberbeg­ riff des Patentanspruches 4.

Ein gattungsgemäßes Verfahren und eine gattungsgemäße Vorrich­ tung ist aus der US 4,840,053 bekannt. Dort ist ein Innenhoch­ druck-Umformwerkzeug beschrieben, das aus einem Ober- und einem Untergesenk besteht und in dessen Gravur ein rohrförmiger Roh­ ling einlegbar ist. Die Vorrichtung zur Herstellung eines Hohlprofiles enthält außer dem Innenhochdruck-Umformwerkzeug noch zwei Axialstempel, die den Rohling beiderends abdichten und über deren zentralen Kanal in das Innere des Rohlings ein Hochdruckfluid zuführbar ist. Das Obergesenk weist zumindest einen von der im wesentlichen geradlinig verlaufenden Gravur abgehenden Abzweig auf, in den sich der Rohling während der Er­ zeugung eines Innenhochdruckes aufweitet und eine Aushalsung erhält. Derartige Hohlprofile werden bekanntermaßen beispiels­ weise im Abgasstrang, im Stoßfängerbereich oder in der Rahmen­ struktur von Kraftfahrzeugen verwendet, wobei generell die Schwierigkeit besteht, diese Hohlprofile am Fahrzeugkörper oder an Teilen des Fahrzeuges sicher anzubringen, da die herkömmli­ chen Befestigungstechniken aufgrund einer sehr erschwerten Zu­ gänglichkeit infolge enger Bauräume, aufgrund häufig unebener Anbringungsflächen und/oder zu kleiner Kontaktflächen der Aus­ halsung oder dese restlichen Hohlprofiles an dem Bauteil, mit dem das Hohlprofil zu verbinden ist, nur in sehr eingeschränk­ tem Maße einsetzbar sind. Eine Ausnahme bildet dabei eine Steckverbindung, bei der die beiden ineinander gesteckten Teile beispielsweise mittels Schweißen endgültig verbunden werden. Die Steckverbindung erfordert jedoch einen Steckpartner für das Hohlprofil. Dieser ist nur selten von vorneherein vorhanden, so dass der Aufwand, einen geeigneten Steckpartner auszubilden und diesen in der Konzeption des Gesamtbauteils sinnvoll unterzu­ bringen, relativ groß ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren bzw. eine gattungsgemäße Vorrichtung dahingehend wei­ terzubilden, dass ein umfänglich geschlossenes Hohlprofil in einfacher Weise an nahezu beliebig geformten Bauteilen anbring­ bar ist.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patent­ anspruches 1 hinsichtlich des Verfahrens und durch die Merkmale des Patentanspruches 4 hinsichtlich der Vorrichtung gelöst.

Aufgrund der kombinierten innenhochdruckgestützten Umformung des Rohlings mit einer mechanischen Stauchbewegung ist die Her­ stellung eines Befestigungsflansches mit Fertigstellung des Hohlprofiles in verfahrensökonomischer Weise während des Auf­ weitens des Rohlings erreichbar, wobei gleichzeitig die ge­ wünschte Kontur des Hohlprofiles aus dem Rohling ausgeformt wird. Die Ausbildung des Befestigungsflansches kann dabei durch entsprechende Anpassung des Gesenkes mit hoher Reproduzierbar­ keit und in relativ einfacher Weise an eine nahezu beliebige Form der Fläche des Bauteils, an die der Flansch später anzu­ bringen ist, quasi toleranzfrei angepaßt werden. Des weiteren führt der Flansch zu einer Materialverstärkung, die die Festig­ keitseigenschaften der angestrebten Verbindung erheblich ver­ bessert. Mittels des Befestigungsflansches ergeben sich somit optimale Bedingungen für herkömmliche Befestigungstechniken wie beispielsweise Schweißen, Löten oder Kleben für unlösbare Ver­ bindungen. Des weiteren können nun auch kostengünstige Befesti­ gungstechniken wie Schrauben, Klemmen mit Spangen, Nieten usw. zum Einsatz kommen, da der Flansch die räumlichen Möglichkeiten zum Verspannen des umfänglich geschlossenen Hohlprofiles mit einem anderen Bauteil bietet. Die Schraublösung und auch das Klemmen mit Spangen erbringt den Vorteil der einfachen Aus­ tauschbarkeit des Hohlprofiles, wenn dies schadhaft werden sollte oder eine andere Form des Hohlprofiles gewünscht ist.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteran­ sprüchen entnommen werden; im übrigen ist die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles nachfolgend näher erläutert; dabei zeigt:

Fig. 1a in einem seitlichen Längsschnitt perspektivisch einen in ein erfindungsgemäßes Innenhochdruckumformwerkzeug eingeleg­ ten rohrförmigen Rohling ohne Hochdruckbeaufschlagung,

Fig. 1b in einem seitlichen Längsschnitt perspektivisch den Rohling im Umformwerkzeug aus Fig. 1a unter Innenhochdruckbe­ aufschlagung in einer Frühphase der Aufweitung,

Fig. 1c in einem seitlichen Längsschnitt perspektivisch den Rohling im Umformwerkzeug aus Fig. 1a unter Innenhochdruckbe­ aufschlagung mit ausgeformter Aushalsung,

Fig. 1d in einem seitlichen Längsschnitt perspektivisch ein aus dem Rohling fertiggeformtes Hohlprofil im Umformwerkzeug aus Fig. 1a mit erfindungsgemäß angestauchtem Befestigungsflansch.

In Fig. 1a ist eine Vorrichtung 1 zur Herstellung eines umfäng­ lich geschlossenen Hohlprofiles 2 dargestellt, die ein Innen­ hochdruckumformwerkzeug 3 beinhaltet, das zweigeteilt aus einem Obergesenk und einem Untergesenk 4 besteht. Die im wesentlichen geradlinig verlaufende Gravur 5 des Untergesenkes 4 weist einen radial von ihr abgehenden Abzweig 6 auf, in dem ein Stempel 7 der Vorrichtung 1 verschiebbar geführt ist. Die beiden Gesenk­ teile sind gleichgestaltet, so dass der gezeigte Abzweig 6 im Untergesenk 4 lediglich die untere Hälfte des gesamten Abzweiges bildet. Zumindest im Untergesenk 4 ist eine seitlich vom Abzweig 6 abgehende Aussparung 8 eingearbeitet.

Zur Abfolge des Verfahrens zur Herstellung des Hohlprofiles 2 wird zuerst ein hohler länglicher Rohling 9 in die Gravur 5 des Innenhochdruckumformwerkzeuges 3 eingelegt. Der Rohling 9 kann dabei vorgebogen sein oder eine Biegeform nach dem Schließen des Umformwerkzeuges 3 in einfacher Weise erhalten. Des weite­ ren kann der Rohling 9 - obwohl im Ausführungsbeispiel rohrför­ mig mit kreisrundem Querschnitt als gezogenes oder aus einer Platine gerolltes und dann längsnahtgeschweißtes Rohr gezeigt - auch ein Kastenprofil und aus einem Strangpressprozess heraus entstanden sein. Nach dem Schließen des Umformwerkzeuges 3 der Rohling 9 mittels fluidischen Innenhochdruckes aufgeweitet, worauf sich gemäß Fig. 1b im Bereich des Überganges von Gravur 5 zum Abzweig 6 ein Ansatz 10 der späteren Aushalsung 11 aus­ bildet. Obwohl dies schon von Anbeginn der Aufweitung erfolgen kann, wird hier der Rohling 9 erst jetzt nach der Ausbildung des Ansatzes 10 werkstoffstabilisierend vom Stempel 7 abge­ stützt. Mit dem Fortgang der Aufweitung weicht der als Gegen­ halter verwandte Stempel 7 kontrolliert gesteuert zurück, bis die gewünschte Aushalsung 11 ausgeformt wird, wie sie in Fig. 1c gezeigt wird. Dabei erreicht die Aushalsung 11 eine Auszieh­ länge, die etwas die Stelle des Abzweiges 6 überragt, an der die Aussparung 8 angeordnet ist. Aufgrund des Innenhochdruckes wird Rohlingsmaterial in die Aussparung 8 hineingepresst, wo­ durch dort der sich umformende Rohling 9 einen schmalen Wulst 12 erhält. Im übrigen kann die Aufweitung durch einen oder zwei Axialstempel unterstützt sein, die in der Gravur 5 verschiebbar geführt sind, diese abdichten und den Rohling 9 derart beauf­ schlagen, dass von seinen Enden her Material zum Abzweig 6 hin zusätzlich nachgeschoben wird.

Alsdann fährt der Stempel 7 unter Steigerung der Gegenhalter­ kraft und unter Beibehaltung des Innenhochdruckes entgegen der Aufweitrichtung der Aushalsung 11 und drückt somit diese zu­ rück. Gemäß Fig. 1d wird dabei die Aushalsung 11 gestaucht, wodurch unter Einwirkung des Innenhochdruckes das vom Stauchvor­ gang verdrängte Material der Aushalsung 11 allein in die Aus­ sparung 8 hineinfließen kann und diese dann auch ausfüllt. Das Hohlprofil 2 ist nun fertigausgeformt, wonach das Umformwerk­ zeug 3 geöffnet und das Hohlprofil 2 diesem entnommen wird. Das in die Aussparung 8 gepreßte Rohlingsmaterial bildet dabei ei­ nen Befestigungsflansch 13 für die geringaufwendige Anbringung des Hohlprofiles 2 an weitere Bauteile, beispielsweise eines Kraftfahrzeuges.

Obwohl für die Stauchbewegung ein separater Stempel verwandt werden kann, so ist es doch aus verfahrens- und vorrichtungs­ ökonomischen Aspekten heraus sinnvoll, das Stauchen mittels des Gegenhalterstempels 7 auszuführen. Des weiteren ist es denkbar, den Befestigungsflansch 13 in Umfangsrichtung nur lokal in Form eines Steges auszubilden, wobei natürlich die Aussparung 8 ent­ sprechend formgleich auszugestalten wäre. Aufgrund der besseren Anbringungsmöglichkeiten für das Hohlprofil 2 einerseits und der infolge der kombinierten Presskraft des Innenhochdruckes und der Stauchbewegung überall in Umfangsrichtung gerichteten Verdrängung des Rohlingsmaterials und damit der Erhaltung der Gleichmäßigkeit der Form und Wandstärke der Aushalsung 11 ande­ rerseits ist es von Vorteil, die Aussparung 8 als den Abzweig 6 umlaufende Ringnut auszubilden. Der Befestigungsflansch 13 wird dadurch nach der Ausformung durch einen Ringbund gebildet. Der Ringbund und das Aushalsungsende können voneinander beabstandet sein, wenn für die Anbringung des Hohlprofiles 2 zusätzlich ei­ ne Steckwirkung erforderlich ist. Bei möglichst kleinbauenden Hohlprofilen 2 ist es wie im Ausführungsbeispiel vorzuziehen, den Befestigungsflansch 13 umlaufend an der Stirnseite 14 der Aushalsung 11 auszuformen. Die Aussparung 8 kann in einem Seg­ menteinsatz ausgebildet sein, der bezüglich der Gesenkteile ein eigenständiges Bauteil bildet. Dadurch wird mit einem einfachen Austausch des Einsatzes eine schnelle Werkzeuganpassung ermög­ licht, wenn eine geometrische Formänderung des herzustellenden Flansches 13 und damit der Aussparung 8 gewünscht ist.

Anstelle der gezeigten Ausgestaltung, dass der Stempel 7 ein bezüglich des Umformwerkzeuges 3 separates Bauteil der Vorrich­ tung 1 ist, ist auch denkbar, dass der Stempel 7 mit einem Ge­ senkteil des Umformwerkzeuges 3 einstückig verbunden ist. Dazu sollte der Abzweig 6 entweder im Obergesenk oder im Untergesenk 4 vollständig ausgebildet sein. Zum Verfahren des angeformten Stempels 7 muss das Gesenkteil segmentiert sein, dahingehend, dass ein erstes Segment den Abzweig 6 zum einen mit dem Stempel 7 nach außen hin abdeckt und zum anderen eine den Abzweig 6 beinhaltenden Stempelführungsbuchse eines zweiten Segmentes, das zusätzlich eine Hälfte der Gravur 5 trägt, umgibt. Das ers­ te Segment ist dabei am zweiten Segment federnd gelagert, so dass das erste Segment mit dem Stempel 7 relativ zum zweiten Segment entlang der Stempelführungsbuchse verfahren werden und dabei die Stauchbewegung ausführen kann.

Ist es erforderlich, dass die Aushalsung 11 an ihrer Stirnseite 14 eine Durchgangsöffnung zum Innenraum des Hohlprofiles 2 auf­ weisen muss, beispielsweise zum Zwecke der Führung eines Gas- oder Fluidstromes, insbesondere im Abgasstrang eines Kraftfahr­ zeuges, ist der Vorrichtung 1 in verfahrensökonomischer und hinsichtlich der Vorrichtung 1 bauraumsparender Weise zusätz­ lich ein in den Stempel 7 integrierter und relativ zu diesem verfahrbarer Lochstempel zugeordnet. Verfahrensseitig wird nach der Ausformung des Befestigungsflansches 13 die Aushalsung 11 unter Bildung einer Durchgangsöffnung bei bestehendem Innen­ hochdruck gelocht.

Claims (9)

1. Verfahren zur Herstellung eines umfänglich geschlossenen Hohlprofiles, wobei ein hohler länglicher Rohling in eine Gra­ vur eines Innenhochdruckumformwerkzeuges eingelegt wird, und nach dem Schließen des Umformwerkzeuges unter Bildung zumindest einer Aushalsung mittels fluidischen Innenhochdruckes aufgewei­ tet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Aushalsung (11) bei bleibendem Innenhochdruck unter Ausformung eines Befestigungsflansches (13) mittels eines Stem­ pels (7) gestaucht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungsflansch (13) umlaufend an der Stirnseite (14) der Aushalsung (11) ausgeformt wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Ausformung des Befestigungsflansches (13) die Aushalsung (11) unter Bildung einer Durchgangsöffnung zum In­ nenraum des Hohlprofiles (2) bei bestehendem Innenhochdruck ge­ locht wird.

4. Vorrichtung zur Herstellung eines umfänglich geschlossenen Hohlprofiles mit einem Innenhochdruckumformwerkzeug, dessen Gravur zumindest einen Abzweig aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass im Umformwerkzeug (3) eine radial vom Abzweig (6) abgehen­ de Aussparung (8) eingearbeitet ist und dass in dem Abzweig (6) ein Stempel (7) verschiebbar geführt ist, mittels dessen Mate­ rial eines sich unter Innenhochdruckeinfluss in den Abzweig (6) aufweitenden hohlen länglichen Rohlings (9) entgegen der Auf­ weitrichtung in die Aussparung (8) hineinpreßbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (8) eine den Abzweig (6) umlaufende Ringnut ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel (7) ein Gegenhalter ist, an dem der Rohling (9) während der gesamten Aufweitung abstützbar ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel (7) ein bezüglich des Umformwerkzeuges (3) se­ parates Bauteil der Vorrichtung (1) ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel (7) mit einem Gesenkteil des Umformwerkzeuges (3) einstückig verbunden ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Stempel (7) ein relativ zu diesem verfahrbarer Lochstempel integriert ist.