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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung
eines ausgebauchten Hohlprofils, insbesondere eines Gasgeneratorgehäuses für eine Airbageinrichtung
nach dem Oberbegriff des 1. und 5. Patentanspruchs. Es sind zahlreiche Vorrichtungen
zum Innenhochdruckumformen bekannt, bei welchen die Enden der rohrförmigen Teile mit
Nachschiebezylindern (auch als Abdichtdorn bezeichnet) abgedichtet
werden, die in das rohrförmige Teil
eingreifen und auch das Druckmedium zuführen. Eine derartige Lösung wird
unter anderem beschrieben in
DE 103 37 383 A1 . Dabei weist der Formhohlraum
eines ungeteilten Werkzeuges an seinen beiden gegenüberliegenden
Enden zylindrische Abschnitte auf, in welchen die Dichtstempel geführt werden,
die an beiden Enden des konischen Rohres abdichten. Weitere Lösungen werden
unter anderem beschrieben in
DE 196 42 824 A1 und
EP 0 760 264 A1 . Dabei ist
das Werkzeug in Richtung zur Werkstücklängsachse geteilt. Nachteilig
dabei ist, dass zwischen den Nachschiebezylindern und dem Rohr eine
sehr hohe Form- und Maßgenauigkeit
gewährleistet
werden muss, um eine genügende
Abdichtung zwischen diesen beim Innenhochdruckumformverfahren zu
erzielen. Weiterhin ist es generell nur möglich, ein Werkstück umzuformen.
Es sind weiterhin Verfahren zur Herstellung ausgebauchter Hohlkörper durch
Stauchen der Stirnseiten bei gleichzeitigem Erzeugen eines Innendrucks
bekannt. In
US 1,501,023 wird
ein entsprechendes Verfahren beschrieben, welches unter Warmumformung
durchgeführt
wird und wobei das Hohlteil an beiden Stirnseiten an Anlageflächen anliegt
und zwei eine Gravur aufweisende Werkzeughälften sich aufeinander zu bewegen,
bis der Umformvorgang abgeschlossen ist. Dadurch, dass der Umformvorgang
bei einem erwärmten
Bauteil durchgeführt
wird, ist der zu erzeugende Innendruck nicht so groß, wodurch
die Abdichtung, die lediglich an den Endseiten erfolgt, gegebenenfalls ausreicht.
Bei einem Kaltumformverfahren sind jedoch größere Innendrücke erforderlich,
so dass dann keine genügende
Abdichtung mehr gewährleistet
ist.
DE 196 48 091
A1 ,
EP 0 876
860 B1 und
DE
102 11 087 A1 beschreiben ebenfalls die Herstellung eines
ausgebauchten Hohlprofils durch Aufweitstauchen, wobei axiale Druckkräfte auf
das Hohlprofil wirken und die Aufweitung durch Innenhochdruckumformen
erfolgt. Die Abdichtung der Enden und das axiale Nachschieben erfolgt
mit Dicht- und Nachschiebestempeln, wobei die vorgenannten Nachteile
der hohen Genauigkeitsanforderungen zu verzeichnen sind.
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Es
sind weiterhin Verfahren zur Herstellung von Gasgeneratorgehäusen bekannt
(
EP 0 822 126 A2 ),
wobei z.B. ein endseitiger Einzug mittels eines Umformverfahrens
durch Umbiegen hergestellt wird. Gemäß
DE 100 05 667 wird in einem Behälter für einen
Gasgenerator eine Zwischenwand durch Verformen der Zwischenwand
befestigt. Das Verformen erfolgt dabei durch Pressen der Zwischenwand
von beiden Seiten.
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Die
Herstellung von Gasgeneratorgehäusen durch
Aufweitstauchen ist bisher nicht bekannt.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung
eines ausgebauchten Hohlprofils, insbesondere eines Gasgeneratorgehäuses zu
entwickeln, wobei die Verwendung von Nachschiebestempeln vermieden
sowie eine zuverlässige
Abdichtung gewährleistet
wird und mit welchen entsprechende Bauteile effektiv herstellbar sind.
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Diese
Aufgabe wird mit den Merkmalen des 1. und 5. Patentanspruchs gelöst.
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Erfindungsgemäß erfolgt
das Verfahren zur Herstellung eines ausgebauchten Hohlprofils, insbesondere
eines Gasgeneratorgehäuses
für eine
Airbageinrichtung, wobei das Hohlprofil mindestens ein abzudichtendes
Ende aufweist, unter Verwendung eines Innenhochdruck-Umformwerkzeuges,
welches eine Gravur entsprechend der zu erzeugenden Endform besitzt,
wobei das Hohlprofil in das Innenhochdruckumformwerkzeug eingelegt
und durch eine auf dessen beide Enden wirkende axiale Druckkraft
beaufschlagt wird und zumindest während des Stauchvorganges das
abzudichtende Ende in eine Ausnehmung des Innenhochdruckumformwerkzeuges
dichtend eingreift und ein Innendruck im Hohlprofil erzeugt wird,
so dass sich das Hohlprofil vollständig an die Gravur des Werkzeuges
anlegt.
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Es
ist weiterhin mit der erfindungsgemäßen Lösung möglich, abzudichtende Ende durch
den Stauchvorgang aufzuweiten oder zu reduzieren.
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Dabei
wird bevorzugt während
und nach dem Stauchvorgang ein Innendruck im Hohlprofil erzeugt.
Bevorzugt steigt dieser Druck stetig an.
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Weiterhin
ist das Werkzeug im Bereich der Gravur in eine erste Werkzeughälfte und
eine zweite Werkzeughälfte
geteilt, wobei die Werkzeughälften nach
Einlegen des Hohlprofils bei Beginn des Umformvorganges voneinander
beabstandet sind, sich während
des Stauchens aufeinander zu bewegen und spätestens nach Beendigung des
Innenhochdruckumformens geschlossen sind.
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Bis
zum Schließen
der beiden Werkzeughälften
erfolgt ein freies Umformen des Hohlprofils durch Stauchen und den
Innendruck.
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Weiterhin
kann vorteilhafter Weise in einer Arbeitsstufe eine Vielzahl von
Hohlkörpern
gleichzeitig in einer Vorrichtung umgeformt werden.
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Bei
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Herstellung eines ausgebauchten Hohlprofils, insbesondere eines
Gasgeneratorgehäuses
für eine
Airbageinrichtung, wobei das Hohlprofil mindestens ein abzudichtendes
Ende aufweist, findet ein Innenhochdruck-Umformwerkzeug Anwendung,
welches eine Gravur entsprechend der zu erzeugenden Endform besitzt
und im Bereich der Gravur quer zur Längsachse des Hohlprofils in
eine erste Werkzeughälfte
und in eine zweite Werkzeughälfte
geteilt ist, wobei die Abdichtung des abzudichtenden Endes des Hohlprofils
mittels einer im Werkzeug angeordneten Ausnehmung erfolgt, in welche
das abzudichtende Ende des Hohlprofils dichtend eingreift.
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Die
Ausnehmung weist dabei vorteilhafter Weise einen Boden auf, an welchem
das abzudichtende Ende des Hohlprofils mit seiner Stirnseite dichtend
anliegt. Alternativ oder gleichzeitig kann das abzudichtende Ende
des Hohlprofils auch mit seiner Außenkontur an der Innenkontur
der Ausnehmung abdichten.
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Weiterhin
kann in der Ausnehmung ein Konus angeordnet sein, der in die Innenkontur
des abzudichtenden Endes des Hohlprofils eingreift. Dann ist es
auch möglich,
dass das abzudichtende Ende des Hohlprofils mit seiner Innenkontur
an der Außenkontur
des Konus abdichtet.
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Neben
der Dichtungsfunktion des Konus ist es auch möglich, diesen zur Führung und
zur Vermeidung des Ausknickens des Hohlprofils zu verwenden. Je
nach Ausführung
des Hohlprofils ist die Ausnehmung mit oder ohne Konus in der ersten
und/oder zweiten Werkzeughälfte
angeordnet.
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Die
Ausnehmung kann sich in Richtung zum Boden radial verjüngen, wodurch
infolge des Stauchvorganges ein Einzug am entsprechenden Rohrende erzeugt
wird.
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Alternativ
ist es möglich,
dass sich die Ausnehmung und der Konus in Richtung zum Boden radial
erweitern, wodurch infolge des Stauchvorganges eine Durchmessererweiterung
am jeweiligen Rohrende hergestellt wird. In diesem Fall ist die
Werkzeughälfte,
welche die sich radial erweiternde Ausnehmung und den sich radial
erweiternden Konus aufweist, axial geteilt, um eine Entnahme des
hergestellten Bauteils zu ermöglichen.
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Bei
Verwendung eines Konus sollten der Abstand zwischen der Innenkontur
der Ausnehmung und der der Außenkontur
des Konus der Wanddicke des Hohlprofils entsprechen, um eine zuverlässige Abdichtung
zu gewährleisten.
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Ebenfalls
kann die Gravur in der ersten und/oder zweiten Werkzeughälfte eingebracht
sein.
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Die
für das
Innenhochdruckumformen erforderliche Druckmittelzuführung führt durch
den Bereich der Ausnehmung in das Hohlprofil und kann auch durch
einen Konus reichen.
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Die
erste und die zweite Werkzeughälfte
sind
- – bei
Beginn des Umformvorganges voneinander beabstandet,
- – während des
Umformvorganges aufeinander zu bewegbar, wobei Axialkräfte auf
die Enden des Hohlprofils übertragen
werden und über
die Druckmittelzuführung
das Hohlprofil mit Innendruck beaufschlagbar ist und
- – spätestens
nach Beendigung des Umformvorganges geschlossen.
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Es
ist möglich,
zur Umformung von beidseitig offenen Hohlprofilen in der ersten
Werkzeughälfte und
dazu korrespondierend bzw. fluchtend in der zweiten Werkzeughälfte eine
Vielzahl von Ausnehmungen anzuordnen (ggf. mit Konus), so dass in
einer Arbeitsstufe mehrere Hohlprofile durch Aufweitstauchen umgeformt
werden können.
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Mit
der erfindungsgemäßen Lösung wird eine
einfache und sichere Abdichtung gewährleistet und es werden keine
aufwändigen
Nachschiebestempel mehr benötigt.
Weiterhin wird ein Ausknicken des Hohlprofils während des Umformvorganges verhindert.
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Die
Herstellung von Gasgeneratorgehäusen und
anderen ausgebauchten Hohlprofilen wird damit effektiv möglich.
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Erstmalig
kann auch eine große
Anzahl entsprechender Bauteile in einer Vorrichtung und in einer
Arbeitsstufe hergestellt werden.
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Bisher
war meist eine Nachbearbeitung der Enden notwendig. Mit der Erfindungsgemäßen Lösung können finale
Teile (Gasgeneratorengehäuse) hergestellt
werden, die keine weitere mechanische Nachbearbeitung erfordern.
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Dies
wird insbesondere dadurch möglich, dass
die Enden der Hohlprofile in die Ausnehmungen des Werkstücks gepresst
werden
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 bis 6 Vorrichtung
zur Herstellung eines Gasgeneratorgehäuses aus einem Hohlprofil in Form
eines Rohrabschnitts,
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7 bis 9 Vorrichtung
zur gleichzeitigen Herstellung einer Vielzahl von Gasgeneratorgehäusen,
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10 Vorrichtung
zur Herstellung eines Gasgeneratorgehäuses mit einem endseitigen
Einzug,
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11 Vorrichtung
zur Herstellung eines Gasgeneratorgehäuses mit einer endseitigen
Durchmessererweiterung
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12 Vorrichtung
zum Umformen eines Hohlprofils mit Boden,
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13 Ausschnitt
der Vorrichtung im Dichtbereich zum Hohlprofil.
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Gem. 1 bis 5 besteht
die Vorrichtung aus einem Umformwerkzeug, welches in eine erste
Werkzeughälfte 1 und
eine zweite Werkzeughälfte 2 quergeteilt
ist. Beide Werkzeughälften
sind zueinander im Wesentlichen spiegelbildlich aufgebaut, wobei
die erste Werkzeughälfte 1 eine
Gravur 3.1 und die zweite Werkzeughälfte eine Gravur 3.2 (im
geschlossenen Zustand) entsprechend der zu erzeugenden Bauteilform
aufweist. In der ersten Werkzeughälfte 1 befindet sich
eine erste Ausnehmung 4.1 in weicher ein erster Konus 5.1 sitzt
und in der zweiten Werkzeughälfte 2 eine
zweite Ausnehmung 4.2, in welcher ein zweiter Konus 5.2 angeordnet
ist. Zwischen den Innendurchmessern dA der Ausnehmungen 4.1, 4.2 und
den Außendurchmessern
DK der darin angeordneten Konusse 5.1, 5.2 wird
jeweils ein Spalt S1, S2 gebildet. Der Boden 4.1', 4.2' jeder der Ausnehmung
bildet eine Dichtfläche
beim späteren
Umformen des hier nicht dargestellten Hohlprofils. Beide Werkzeughälften 1, 2 sind
vor dem Einlegen des Hohlprofils (1) voneinander
beabstandet. Durch den Konus 5.2 der zweiten Werkzeughälfte führt eine
Druckmittelleitung 6, durch den Konus 5.1 der
ersten Werkzeughälfte 1 eine
Entlüftungsbohrung 7.
Gem. 2 wurde das Hohlprofil H in den Spalt S2 der zweiten
Werkzeughälfte 2 eingelegt. Nun
wird die erste Werkzeughälfte 1 in
Richtung zur zweiten Werkzeughälfte 2 bewegt,
so dass das Hohlprofil H in den Spalt S1 und S2 eingreift und dadurch mit
beiden offenen Enden dichtend in den Ausnehmungen 4.1 und 4.2 anliegt.
Anschließend
wird über eine
in der zweiten Werkzeughälfte
vorhandene Druckmittelzuführung 6 Druckmittel
D in das Hohlprofil H geleitet (3). Mit
einer Schließkraft
F unter Einwirkung eines Innenhochdrucks p fahren beide Werkzeughälften 1, 2 zusammen,
wobei das Hohlprofil H gestaucht wird und sich frei aufweitet bis
beide Werkzeughälften 1, 2 geschlossen
sind. Dann legt sich das Hohlprofil H durch den Innenhochdruck p vollständig an
die Gravur 3.1, 3.2 an (4). Nach Beendigung
des Umformvorganges werden beide Werkzeughälften 1, 2 geöffnet (5)
und das fertige Bauteil B, hier ein Gasgeneratorgehäuse, kann entnommen
werden. Das hier rotationssymmetrische Bauteil B mit einer Ausbauchung
B1 in der Vorderansicht wird nochmals in 6 gezeigt.
Dadurch, dass die beiden Enden des Hohlprofils H in den Spalt S1, S2
eingreifen und mit ihren Stirnseiten gegen den Boden 4.1' 4.2' jeder Ausnehmung 4.1, 4.2 gestaucht werden,
wird eine nachbearbeitungsfreie Herstellung der Bauteile B in hoher
Qualität
gewährleistet.
Ein unerwünschtes
Aufdicken der Wandung des Hohlprofiles durch das Stauchen wird vermieden.
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Die
Abdichtung des Hohlprofils H erfolgt hauptsächlich über den Boden der Ausnehmung
und den Konus, wobei jedoch auch zwischen Außendurchmesser des Hohlprofils
H und Innendurchmesser der Ausnehmung eine Dichtwirkung zu verzeichnen
ist. Durch den Konus 5.1, 5.2 wird weiterhin die Führung beim
Stauchen verbessert und ein Ausknicken des Hohlprofils verhindert.
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In 7 bis 9 wird
die gleichzeitige Herstellung einer Vielzahl von Bauteilen in einem
Umformwerkzeug gezeigt.
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In
der ersten Werkzeughälfte 1 und
in der zweiten Werkzeughälfte 2 (s.
Schnittdarstellung des geöffneten
Werkzeuges gem. 7) befinden sich jeweils eine
Vielzahl von Gravuren 3.1, 3.2 mit entsprechenden
Ausnehmungen 4.1, 4.2, in welchen jeweils ein
Konus 5.1, 5.2 angeordnet ist. Durch jeden Konus 5.1 der
ersten Werkzeughälfte 1 führt jeweils eine
Druckmittelzuleitung 6 und durch jeden Konus 5.2 der
zweiten Werkzeughälfte 2 führt eine
Entlüftungsbohrung 7.
Die Draufsicht der ersten Werkzeughälfte gem. 7 wird
in 8 gezeigt. Mit dieser Vorrichtung können gleichzeitig
25 Bauteile (Gasgeneratorengehäuse)
hergestellt werden.
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In
der Ausgangsstellung sind beide Werkzeughälften 1, 2 voneinander
beabstandet. Gleichzeitig oder nacheinander werden nun die umzuformenden
Hohlprofile (beidseitig offene Rohrabschnitte) in die entsprechenden
Spalte S1 der hier unten liegenden ersten Werkzeughälfte 1 eingelegt
(nicht dargestellt. Die Vorrichtung nach Beendigung des Umformvorganges
zeigt 9. Werden einige der Druckmittelzuleitungen 6 geschlossen,
können
in der gleichen Vorrichtung auch weniger Bauteile hergestellt werden.
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In 10 wird
eine weitere Vorrichtung gezeigt, bei welcher die erste Werkzeughälfte 1 eine Gravur 3.1 und
eine Ausnehmung 4.1 mit darin angeordnetem Konus 5.1 und
ringförmigen
Boden 4.1' aufweist
gem. 1 bis 6 aufweist. Durch den Konus 5.1 führt die
Druckmittelleitung 6. Die zweite Werkzeughälfte weist
ebenfalls eine Gravur 3.2 auf sowie eine Ausnehmung 4.2 auf.
In dieser ist jedoch kein Konus angeordnet. Die Ausnehmung 4.2 verjüngt sich
in Richtung zu ihrem halbkreisförmigen
Boden 4.2' konkav.
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Diese
Vorrichtung in geöffnetem
Zustand zeigt Darstellung 10a. Gem. 10b wurde
das Hohlprofil H eingelegt und die Vorrichtung (erste und zweite
Werkzeughälfte 1, 2)
soweit geschlossen, bis beide Enden des Hohlprofils H dichtend in
der Ausnehmung 4.1 (an deren ringförmigen Boden 4.1') und in der
Ausnehmung 4.2 anliegen. Nun wird über die Druckmittelzuführung 6 in
das Hohlprofil H Druckmittel D mit einem Druck p zugeführt und
die erste und die zweite Werkzeughälfte 1.2 aufeinander
mit einer Schließkraft
(Stauchkraft) F aufeinander zu bewegt. Durch die sich konkav verjüngende Form
der Ausnehmung 4.2 in der zweiten Werkzeughälfte 2 wird das
darin befindliche Ende des Hohlprofils H radial nach innen eingezogen.
Der sich im Bereich der Gravur 3.1, 3.2 befindliche
Teil des Hohlprofils H wird erst frei aufgeweitet und bei geschlossenen
Werkzeughälften 1, 2 gegen
die Gravur 3.1, 3.2 ausgeformt (10c).
Eine noch verbleibende Öffnung
H1 im eingezogenen Bereich kann nachfolgend durch schweißen oder
Löten verschossen
werden.
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11 zeigt
eine Variante, wobei ein Ende des Hohlprofils H radial aufgeweitet
wird.
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Die
erste Werkzeughälfte 1 ist
wie in 10a ausgebildet. Die zweite
Werkzeughälfte 2 ist in
axialer Richtung in zwei Teilbereiche 2.1, 2.2 unterteilt.
Im geschlossenen Zustand 11b und 11c bilden beide Teilbereiche 2.1, 2.2 die
Gravur 3.2 und die Ausnehmung 4.1. Zentrisch zwischen
den beiden Teilen 2.1, 2.2 befindet sich der Konus 5.2 der
zweiten Werkzeughälfte 2.
Zum Einlegen des Hohlprofils H werden gem. 11a beide
Werkzeughälften 1, 2 in
axialer Richtung und die beiden Teile 2.1, 2.2 der zweiten
Werkzeughälfte 2 in
radialer Richtung geöffnet.
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Gem. 10b sind die beiden Teile 2.1, 2.2 der
zweiten Werkzeughälfte 2 geschlossen,
wodurch der Spalt S2 gebildet wird. Das Hohlprofil H wurde in die Vorrichtung
eingelegt, so dass beide Enden an dem jeweiligen Konus 5.1, 5.2 abdichten
und Druckmittel D über
die Druckmittelzuführung 6 zugeleitet. Der
Konus 5.2 der zweiten Werkzeughälfte 2 und die Ausnehmung 4.2 erweitern
sich radial, so dass bei dem Stauchvorgang der am zweiten Konus 5.2 anliegende
Bereich des Hochprofils H über
den Konus 5.2 radial nach außen aufgeweitet wird, bis dieser
am Boden 4.2' der
Ausnehmung 4.2, die hier durch einen Absatz am Konus 5.2 gebildet
wird, anliegt (11c). Diese Darstellung zeigt
die Vorrichtung nach Beendigung des Umformvorganges.
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Zur
Entnahme des Bauteils B wird die Vorrichtung gem. 11d geöffnet.
Eine Vorrichtung zum Umformen eines Hohlprofils H mit Boden in geöffnetem
Zustand mit eingelegtem Hohlprofil vor dem Umformvorgang zeigt 12.
Die erste Werkzeughälfte 1 befindet
sich hier unten und die zweite Werkzeughälfte 2 oben. Die erste
Werkzeughälfte 1 weist eine
Ausnehmung 4 auf, an deren Boden 4.1 das offene
Ende des Hohlprofils H dichtend anliegt. Die zweite Werkzeughälfte 2 besitzt
eine Ausnehmung 4.2 entsprechend der Form des Bodens des
Hohlprofils H. In beiden Werkzeughälften 1, 2 ist
weiterhin eine Gravur 3.1, 3.2 vorgesehen. Beim
Umformvorgang dichtet das offene Ende des Hohlprofils H mit seiner
Stirnseite am Boden 4.1' der
Ausnehmung 4.1 und mit seinem Außendurchmesser am Innendurchmesser
der Ausnehmung 4.1 ab. Gem. 13 ist
es auch möglich
das offene Ende des Hohlprofils H in einer Ringnut N im Boden einer
Ausnehmung 4.1 abzudichten.
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Bei
allen gezeigten Ausführungsbeispielen wird
ohne Verwendung eines aufwändigen
Nachschiebestempels bereits durch die Abdichtung des jeweiligen
offenen Endes des Hohlprofils in einer einfachen Ausnehmung eine
zuverlässige
Dichtwirkung gewährleistet.
Die Dichtwirkung kann verbessert werden, wenn in der Ausnehmung
ein Konus vorhanden ist, der auch innen abdichtet. Dieser kann gleichzeitig zur
Führung
und zur Vermeidung des Ausknickens des Hohlprofils dienen. Ebenfalls
kann die Stirnseite des offenen Hohlprofils in eine Ringnut im Boden
der Ausnehmung eingreifen und in dieser abdichten-
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Insgesamt
wird eine einfache und zuverlässige
Möglichkeit
zur Herstellung finaler ausgebauchter Bauteile geschaffen.