DE102007018281A1

DE102007018281A1 - Werkzeug zum Innenhochdruckformen, sowie Verfahren zum Innenhochdruckformen

Info

Publication number: DE102007018281A1
Application number: DE200710018281
Authority: DE
Inventors: Peter Dr. Amborn; Klaus Dr. Dröder; Oliver KLÄGER; Verena Martin
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2007-04-18
Filing date: 2007-04-18
Publication date: 2008-10-23

Abstract

Werkzeug zum Innenhochdruckformen, umfassend mindestens einen Werkzeuggrundkörper (10) mit einer zum Innenhochdruckformen geeigneten Umformkammer (15), sowie eine Heizeinrichtung zur Erwärmung der Umformkammer (15), wobei die Heizeinrichtung (13, 14) lösbar mit dem Werkzeuggrundkörper (10) verbunden ist, sowie Verfahren zum Innenhochdruckformen mit einem Werkzeug zum Innenhochdruckformen, wobei das Werkzeug mindestens einen Werkzeuggrundkörper (10) mit einer zum Innenhochdruckformen geeigneten Umformkammer (15) sowie mindestens eine Heizeinrichtung (13, 14) zur Erwärmung der Umformkammer (15) aufweist, umfassend mindestens nachfolgende Verfahrensschritte:
- Einbringen eines zum Innenhochdruckformen geeigneten Halbzeugs (6) in die Umformkammer (15),
- Aufheizen der Umformkammer (15) mittels der Heizeinrichtung (13, 14),
- Einbringen eines zum Innenhochdruckformen geeigneten Mediums in die Umformkammer (15) und Umformung des Halbzeugs (6) zur gewünschten Profilstruktur (7),
- Trennen von Werkzeuggrundkörper (10) und Heizeinrichtung (13, 14),
- Durchführung einer Wärmebehandlung an der in der Umformkammer (15) befindlichen Profilstruktur (7),
- Ausformen der Profilstruktur (7) aus der Umformkammer (15).

Description

Das Innenhochdruckumformen (IHU) ist ein Umformverfahren, bei dem ein rohrförmiges Werkstück durch Innendruck aufgeweitet und gleichzeitig durch eine Axialkraft gestaucht wird. Das Werkstück befindet sich vor dem Aufweiten in einem geschlossenen Werkzeug und nimmt durch den Innendruck die Form der Werkzeuggravur an. Der Innendruck (bis ca. 3000 bar und höher) wird beispielsweise durch eine Wasser-Öl-Emulsion übertragen, die Einleitung der Axialkraft erfolgt über zwei Dichtstempel an den Rohrenden.
Weiterhin bekannt sind IHU-Verfahren, die mit einem gasförmigen Medium, statt einer Wasser-Öl-Emulsion arbeiten. In der Praxis sind derartige IHU-Verfahren unter dem Namen HEATforming (Hot Expansion Air Technology) bekannt geworden. Hierbei handelt es sich um ein wärmeunterstütztes IHU-Verfahren mit gasförmigem Wirkmedium. Umgeformt wird ein Rohrhalbzeug unter Beaufschlagung eines Temperaturfeldes, das über die Werkzeuggeometrie variabel eingestellt werden kann. Darüber hinaus wird ein axialer Vorschub des Materials während der Umformphase ermöglicht. Durch eine geeignete Kombination der Parameter Innendruck, Temperaturverteilung sowie axialem Vorschub, können komplexe Geometrien mit gezieltem Wandstärkenverlauf realisiert werden.
Letztendlich lassen sich durch das IHU-Verfahren Profilstrukturen erzeugen, die überaus exakt an die Belastungssituation bei deren späterer Verwendung angepasst werden können. Derartige Profilstrukturen sind in der Automobilindustrie sehr gefragt, da sich mit den Profilstrukturen Leichtbau, Mischbau und eine Funktionsintegration vorteilhafterweise realisieren lässt. Ferner ist das IHU-Verfahren auch für kleine Stückzahlen vorteilhafte anwendbar. Ferner besteht ein Bedarf an dem IHU-Verfahren, sowie belastungsangepassten Profilstrukturen im Automobilbau, die zur Umsetzung moderner Leichtbaukonzepte durch Einsatz von Werkstoff-Hybriden geeignet sind, ferner welche die Herstellung komplexer Querschnittsgeometrien sowie gezielter Wandstärkenverläufe ermöglichen, wobei geringe Werkzeug-/Anlagenkosten für Profilherstellung und 3D-Krümmung zu erwarten sind.
Bei dem Umformen von Stählen mittels HEATforming wird der Werkstoff jedoch hohen Temperaturen ausgesetzt, unter deren Einwirkung sich die Gefügezusammensetzung des Ausgangshalbzeuges verändert. Die Veränderungen sind teilweise nicht erwünscht und führen beispielsweise zu unerwünschten verfestigten Bereichen der Profilstruktur. Aus diesem Grund besteht ein Bedarf, die metallurgischen Parameter der Profilstruktur durch eine Wärmebehandlung neu einzustellen.
Hierzu wird beispielsweise in der DE 103 12 028 ein Verfahren zum Herstellen von Bauteilen vorgeschlagen, bei dem ein Bauteil unter Verwendung eines Formgebungswerkzeuges mittels Innenhochdruck in die durch das Formgebungswerkzeug bestimmte Form umgeformt wird, wobei das Bauteil in ein oder mehreren Umformstufen vorgeformt wird und die letzte Umformstufe das Innenhochdruckumformen ist. Hier wird vor dem Innenhochdruckumformen (IHU) das Bauteil in den Bereichen, in welchen durch die vorangegangenen Umformstufen eine starke, den Werkstofffluss beim Innenhochdruckumformen beeinträchtigende Verfestigung zu verzeichnen ist, partiell einer, die Verfestigung des Werkstoffs des Bauteiles abbauenden, Wärmebehandlung unterzogen.
Die Wärmebehandlung kann ferner auch in einem raschen Abkühlen, ggf. auch mit vorhergehendem Aufwärmen der Profilstruktur bestehen, so dass beispielsweise eine Härtung der Profilstruktur vorgenommen werden kann. Hierzu wird beispielsweise in der EP 1 342 515 A1 ein Verfahren zur Herstellung von Profilstrukturen mittels Innenhochdruckumformen vorgeschlagen, bei dem die Profilstruktur mittels Aufheizen und anschließendem Abkühlen gehärtet wird.
Zum Erwärmen der Profilstruktur ist es im Stand der Technik bekannt, beispielsweise aus der DE 103 17 873 A1 , dass die untere und obere Form des Werkzeuges jeweils mit einer Heizeinheit ausgestattet sind, wobei wegen eines raschen Wärmeeintrags darauf geachtet werden sollte, dass die Heizeinheit an Stellen angeordnet ist, die den umformenden Oberflächen der oberen und unteren Form entsprechen und die Heizeinheit die Rohrkomponente erwärmt.
Zum Abkühlen wird die Profilstruktur aus dem Werkzeug herausgenommen und ggf. in ein Fixierwerkzeug eingelegt, so dass sich die Profilstruktur nicht verzieht. Letztendlich wird die Profilstruktur mit Öl und/oder Wasser besprüht, so dass die gewünschte Abkühlgeschwindigkeit erreicht werden kann (vgl. beispielsweise EP 1 342 515 A1 ).
Nachteilig ist in diesem Zusammenhang, dass die Profilstruktur zum Abkühlen im Rahmen der Wärmebehandlung stets aus dem Werkzeug herausgenommen werden muss. Abgesehen davon, dass sich hieraus ein erheblicher Produktionsaufwand ergibt, so besteht hier auch die Gefahr, dass die Profilstruktur nicht die ursprünglich vorgesehene Form beibehält und sich verzieht. Aus diesem Grund werden auch im Stand der Technik sogenannte Fixierwerkzeuge vorgeschlagen, die dies verhindern sollen. Es liegt auf der Hand, dass sich hierdurch ein weiterer Produktionsaufwand nicht vermeiden lässt.
Hier setzt die vorliegende Erfindung an und macht es sich zur Aufgabe ein Werkzeug zum Innenhochdruckformen bereitzustellen, bei dem die umgeformte Profilstruktur für eine Wärmebehandlung, insbesondere eine angemessene Abkühlung im Rahmen einer Wärmebehandlung, in der Umformkammer des Werkzeuges verbleiben kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Werkzeug zum Innenhochdruckformen mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dadurch, dass das Werkzeug zum Innenhochdruckformen mit mindestens einer Heizeinrichtung ausgestattet ist, die lösbar mit dem Werkzeuggrundkörper verbunden ist, kann eine Reduktion der erwärmten Masse vorgenommen werden kann, wodurch eine Wärmebehandlung an der in der Umformkammer befindlichen Profilstruktur durchgeführt werden kann, die eine rasche Temperaturänderung erfordert. Grundsätzlich wird durch diese Maßnahme erst das rasche Abkühlen einer in der Umformkammer befindlichen Profilstruktur zum Zwecke des Härtens ermöglicht, da bei Werkzeugen zum Innenhochdruckformen gemäß dem Stand der Technik die abzukühlende Masse zu groß ist, als dass geeignete Abkühlgeschwindigkeiten möglich wären.
Weitere Vorteile und Merkmale des vorgeschlagenen erfindungsgemäßen Werkzeuges ergeben sich aus den auf den Anspruch 1 rückbezogenen Unteransprüchen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein Verfahren zum Innenhochdruckformen bereitzustellen, bei der die umgeformte Profilstruktur für eine Wärmebehandlung, insbesondere eine angemessene Abkühlung im Rahmen einer Wärmebehandlung, in der Umformkammer des Werkzeuges verbleiben kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Innenhochdruckformen mit einem Werkzeug zum Innenhochdruckformen gelöst, wobei das Werkzeug mindestens einen Werkzeuggrundkörper mit einer zum Innenhochdruckformen geeigneten Umformkammer, sowie mindestens eine Heizeinrichtung zur Erwärmung der Umformkammer aufweist, umfassend mindestens nachfolgende Verfahrensschritte:

– Einbringen eines zum Innenhochdruckformen geeigneten Halbzeugs in die Umformkammer,
– Aufheizen der Umformkammer mittels der Heizeinrichtung,
– Einbringen eines zum Innenhochdruckformen geeigneten Mediums in die Umformkammer und Umformung des Halbzeugs zur gewünschten Profilstruktur,
– Trennen von Werkzeuggrundkörper und Heizeinrichtung,
– Durchführung einer Wärmebehandlung an der in der Umformkammer befindlichen Profilstruktur,
– Ausformen der Profilstruktur aus der Umformkammer.

Weitere Vorteile und Merkmale des vorgeschlagenen erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den auf den Anspruch 1 rückbezogenen Unteransprüchen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein Verfahren zur Herstellung einer Bauteilverbindung zweier rohrförmiger Profile vorzuschlagen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Bauteilverbindung in einem Innenhochdruckumformverfahren hergestellt wird, wobei ein erstes und ein zweites rohrförmiges Profil in die Umformkammer eingelegt werden, wobei das erste rohrförmige Profil ein konisches Ende aufweist, wobei das zweite rohrförmige Profil ein konisches Ende aufweist, wobei das konische Ende des ersten rohrförmigen Profils in das konische Ende des zweiten rohrförmigen Profils einschiebbar ist, wobei durch axiale Kraft auf mindestens einer der Rohre eine gasdichte Verbindung zwischen den Rohren hergestellt wird, wobei in einem anschließenden Innenhochdruckformen sowohl eine Bauteilkontur, als auch eine formschlüssige Verbindung des ersten rohrförmigen Profils und der zweiten rohrförmigen Profils im Bereich der konischen Enden hergestellt wird. Hierdurch können zwei Produktionsschritte während in einem Werkzeug zum Innenhochdruckformen ausgeführt werden, nämlich die Umformung zweier rohrförmiger Profile als solches und gleichzeitig kann eine Verbindung zwischen den zwei rohrförmigen Profilen hergestellt werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des vorgeschlagenen Herstellungsverfahrens kann vorgesehen sein, dass die formschlüssige Verbindung als mindestens eine umlaufende Ausbuchtung des ersten rohrförmigen Profils im Bereich des konischen Endes ausgestaltet ist, die in mindestens eine korrespondierende umlaufende Ausbuchtung des zweiten rohrförmigen Profils eingreift. Derartige Ausbuchtungen sind durch das Innenhochdruckformen vorteilhaft herzustellen und werden hier für eine formschlüssige Verbindung zweier Rohre innerhalb des Innenhochdruckformprozesses verwendet.
Zunächst wird auf die 1 bis 4, dem Stand der Technik, Bezug genommen.
Als Verfahren zum Innenhochdruckformen ist ein wärmeunterstütztes IHU-Verfahren mit gasförmigem Wirkmedium bekannt. Umgeformt wird ein hohlzylinderförmiges Halbzeug unter beaufschlagen eines Temperaturfelds, das über die Werkzeuggeometrie variabel eingestellt werden kann. Darüber hinaus wird ein axialer Vorschub des Materials währen der Umformphase ermöglicht. Durch eine geeignete Kombination der Freiheitsgrade Innendruck, Temperaturverteilung sowie axialem Vorschub, können komplexe Geometrien mit gezieltem Wandstärkenverlauf realisiert werden.
Ein Werkzeug zum Innenhochdruckformen gemäß dem Stand der Technik umfasst im Wesentlichen ein Werkzeuggrundkörper 1, einen Stempel 2, sowie eine in den Werkzeuggrundkörper 1 integrierte Heizeinrichtung 3. Der Werkzeuggrundkörper 1 bildet in seinem Inneren eine Umformkammer 4 mit einer Wandkontur aus, an die sich ein hohlzylinderförmiges Halbzeug 6 während des Umformvorgangs anlegen kann. Das Werkzeug zum Innenhochdruckformen ist Teil einer Umformmaschine zum Innenhochdruckformen, die jedoch aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht näher dargestellt ist. Im Wesentlichen umfasst eine derartige Umformmaschine jedoch einen geeigneten Rahmen, in dem das Werkzeug zum Innenhochdruckformen, sowie weitere Funktionselement, wie insbesondere Hydraulikelemente und geeignete Hochdruckaggregate angebracht sein können.
Die Prozessschritte des temperaturunterstützten IHU-Verfahrens „HEATform" gemäß dem Stand der Technik gestalten sich wie folgt.
Das hohlzylinderförmige Halbzeug 6, vorzugsweise aus einem Metall, insbesondere aus Stahl oder Aluminium, wird in die Umformkammer 4 des Werkzeuggrundkörpers 1 eingelegt, ggf. durch den Stempel 2 eingeschoben. Ferner heizt die Heizeinrichtung 3 den Werkzeuggrundkörper 1 und damit auch die Umformkammer 4 auf. Darüber hinaus wird die Umformkammer 4 abgedichtet (1). Durch den Stempel 2 wird ein zum Innenhochdruckformen geeignetes Medium, hier ein Gas, unter geeignetem Druck durch einen Einlass/Auslas 5 im Stempel 2 in die Umformkammer 4 eingeleitet, ggf. wird das Halbzeug 6 axial nachgeschoben (2). In 3 ist erkennbar, dass das axiale Einformen beendet ist. Nachfolgend wird kalibriert, das Gas entlassen und die nunmehr entstandene Profilstruktur 7 entformt (4). Vorgenannte Verfahrensschritte betreffen insoweit die formgebende Phase eines temperaturunterstützten IHU-Verfahrens. Hieran kann sich eine Wärmebehandlung zur Einstellung metallurgischer Parameter der Profilstruktur 7 anschließen. Gemäß dem bekannten Stand der Technik muss die Profilstruktur 7 hierzu aus der Umformkammer herausgenommen werden, insbesondere wenn die Wärmebehandlung aus einem zur Einstellung der metallurgischen Parameter geeigneten Abkühlung besteht, da sich bestimmte Abkühlkurven wegen des erwärmten Werkzeuggrundkörpers nicht darstellen lassen.
Nachfolgend wird auf die 5 bis 6 eingegangen, welche das erfindungsgemäße Werkzeug, sowie das erfindungsgemäße Verfahren zum Innenhochdruckformen beschreiben.
Ein erfindungsgemäßes Werkzeug zum Innenhochdruckformen umfasst im Wesentlichen einen Werkzeuggrundkörper 10 mit einer Umformkammer 15. Der Werkzeuggrundkörper weist in der hier vorgestellten bevorzugten Ausführungsform eine erste Formschale 11 und eine von der ersten Formschale 11 trennbare zweite Formschale 12 auf. Erfindungsgemäß sind eine erste Heizeinrichtung 13 und eine zweite Heizeinrichtung 14 vorgesehen, die von den Formschalen 11, 12 separierbar sind. Die erste Formschale 11 und die zweite Formschale 12 bilden auf deren zugewandte Seiten die Umformkammer 15 aus. Ferner ist ein Fluideinlass 16 und ein Fluidauslass 17 vorgesehen, mit dem ein Fluid, beispielsweise in Form eines gasförmigem Wirkmediums oder in Form einer Wasser-Öl-Emulsion, über den Fluideinlass 16 in die Umformkammer 15 eingeleitet bzw. über den Fluidauslass 17 wieder abgeleitet werden kann.
In der Umformkammer 15 befindet sich in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel zu illustrativen Zwecken eine bereits vorgeformte Profilstruktur 7, welche durch Innenhochdruckumformen (IHU) aus einem hohlzylinderförmigen Halbzeug 6 hergestellt worden ist. Die Herstellung der Profilstruktur 7 ist bis hierhin im Wesentlichen wie bei dem oben beschriebenen IHU-Verfahren erfolgt (1 bis 4). Nachfolgend soll auf die anschließende Wärmebehandlung der Profilstruktur 7 eingegangen werden, die durch die vorliegende. Erfindung innerhalb der Umformkammer 15 durchgeführt werden kann.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Heizeinrichtungen 13, 14 lösbar mit den Formschalen 11, 12 verbunden sind. Hierzu ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass sowohl die Formschalen 11, 12, als auch die Heizeinrichtungen 13, 14 mit geeigneten Kontaktflächen 18, 19 ausgestattet sind, die eine lösbare und zur Wärmeübertragung geeignete Verbindung zwischen den Heizeinrichtungen 13, 14 und den Formschalen 11, 12 herstellen können. Insbesondere ist eine Kontaktfläche 18 seitens der Heizeinrichtungen 13, 14 und eine Kontakffläche 19 seitens der Formschalen 11, 12 vorgesehen.
Die lösbaren Heizeinrichtungen 13, 14, wobei hier mit Lösbarkeit nicht gemeint ist, dass Heizeinrichtungen zu Wartungszwecken grundsätzlich ausgebaut werden können, bieten den Vorteil, dass sich die Masse des Werkzeuggrundkörpers 1 gemäß dem Stand der Technik mit integrierter Heizeinrichtung um die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Heizeinrichtung 13, 14 reduzieren lässt, so dass lediglich die Masse des Werkzeuggrundkörpers 10, hier als erste Formschale 11 und zweite Formschale 12 ausgeführt, verbleibt. Entsprechend muss wesentlich weniger Masse heruntergekühlt werden, wenn ein schnelles Abkühlen der Profilstruktur 7 zum Zwecke des Härtens gefordert wird. Hierdurch kann das Abkühlen darüber hinaus in einer für die Produktion annehmbarer Zeit erfolgen, insbesondere unterliegt nicht die komplette Masse des Werkzeuges einem ständigen Abkühl- und Aufheizzyklus, so dass die Taktzeiten verkleinert werden könnten.
Grundsätzlich sind bestimmte Abkühlkurven nur mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Werkzeug möglich, da die Masse eines Werkzeuggrundkörpers 1 gemäß dem Stand der Technik wegen der hohen beim IHU-Verfahren auftretenden Drücke nicht beliebig verkleinert werden kann. Mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Werkzeug kann jedoch die Masse des Werkzeuggrundkörper 10, hier in Form der ersten Formschale 11 und der zweiten Formschale 12, auf ein Minimum reduziert werden, insbesondere unterhalb der Masse, welche den Drücken des IHU-Verfahrens standhalten könnte. Entsprechend kann vorgesehen sein, dass die Heizeinrichtungen 13, 14 als solches nicht nur als Wärmequelle, sondern auch derart massiv ausgeführt sind, dass sie zusammen mit den Formschalen 11, 12 die für das IHU-Verfahren auftretenden Kräfte aufnehmen können. Entsprechend können die Heizeinrichtungen beispielsweise als massiver Korpus ausgeführt sein, der insbesondere mit Heizwendeln durchzogen ist. Selbstverständlich sind hier auch weitere Ausführungsformen denkbar, welche die an die Heizeinrichtung geforderten Anforderungen erfüllt.
Letztendlich kann durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Werkzeug das Abkühlen im Rahmen einer metallurgischen Wärmebehandlung unmittelbar in der Umformkammer 15 vorgenommen werden, ohne dass die Profilstruktur 7 aus der Umformkammer 15 entfernt werden müsste. Ein Verzug der Profilstruktur 7 ist dementsprechend ausgeschlossen. Entsprechend müssen auch keine Fixierwerkzeuge bevorratet werden, welche die Profilstruktur 7 nach dem Herausnehmen aus der Umformkammer 15 und während der Wärmebehandlung vor Verzug bewahren sollen.
Vorteilhafterweise wird der Fluideinlass 16, der während der formgebenden Phase mit Gas konstanter Temperatur beaufschlagt worden ist, in der abkühlenden Phase für die Einleitung eines Kühlmediums, beispielsweise ein Gas oder ein Öl bzw. eine ölhaltige Emulsion genutzt. Das Medium dient dazu den Stahl entlang einer definierten Temperatur-Zeit-Kurve abzukühlen. Auf diesem Wege wird die Gefügezusammensetzung beeinflusst und somit die mechanischen Eigenschaften des Stahls eingestellt, beispielsweise gehärtet.
Die Formschalen 11, 12 können, wie in 6 dargestellt, über geeignete Antriebe 21 in dem Rahmen einer Umformeinrichtung (nicht dargestellt) angebracht sein. Mit den Antrieben 21 können die Formschalen 11, 12 in geeigneter Weise verfahren werden, so dass einerseits die Formschalen 11, 12 während des Umformvorgangs aufeinander gepresst werden und nach dem Umformvorgang oder nach der Wärmebehandlung auseinandergefahren werden können und die Profilstruktur 7 herausgenommen werden kann. Es ist ferner vorgesehen, dass die Heizeinrichtungen 13, 14 ebenfalls mit entsprechenden Antrieben 20 ausgestattet sind und in geeigneter Weise verfahren werden können, so dass die Heizeinrichtungen 13, 14 einerseits mit den Kontaktflächen 19 der Formschalen 11, 12 in Kontakt treten können und andererseits von den Formschalen 11, 12 beabstandet werden können.
Das Verfahren zum Innenhochdruckformen, welches sich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Innenhochdruckformen durchführen lässt, lässt sich wie folgt beschreiben.

1. Einlegen, Aufheizen und Abdichten (wie 1)
2. Gasdruck aufbauen, Material axial nachschieben (wie 2)
3. Axiales Einformen beenden (wie 3)
4. Kalibrieren, umformendes Gas entlassen,
5. Trennen von Heizeinrichtung und Formschale + abkühlende Phase
6. Entformen der Profilstruktur
7. Zusammenfahren von Heizeinrichtung und Formschale, Start bei 1

In 7 ist eine einteilige Profilstruktur 30, insbesondere eine A-Säulenverstärkung für ein Kraftfahrzeug mit belastungsangepasster Wandstärkenverteilung dargestellt, die mit dem vorgeschlagenen erfindungsgemäßen Werkzeug zum Innenhochdruckformen bzw. dem vorgeschlagenen erfindungsgemäßen Verfahren zum Innenhochdruckformen herstellbar ist.
In dem Herstellungsverfahrens, welches zu einer einteilige Profilstruktur gemäß 7 führt, ist ferner vorgesehen, dass die Krümmung des Profils durch das Innenhochdruckformverfahren erzeugt wird, so dass ein weiterer Prozessschritt eingespart werden kann.
Nachfolgend wird auf ein Verfahren zur Herstellung einer Profilstruktur gemäß den 8 bis 10 eingegangen. Ausgangsmaterial für eine Profilstruktur gemäß 10 ist ein erstes rohrförmiges Profil 40 mit einem endseitigen konusförmigem Abschnitt 42, sowie ein zweites rohrförmiges Profil 41 mit einem endseitigen konusförmigen Abschnitt 43. Die konusförmigen Abschnitte 42, 43 sind derart ausgestaltet, dass sie zumindest abschnittsweise ineinander geschoben werden können.
Zur Herstellung einer Profilstruktur gemäß 10 sind zwei derartige Rohre 40, 41 in einem Innenhochdruckformverfahren umgeformt worden und zwar dergestalt, dass mindestens eine formschlüssige Verbindung im Bereich des konusförmigen Abschnitts ausgeformt worden ist. Die formschlüssige Verbindung wird hier dadurch erzeugt, dass das erste und das zweite rohrförmige Profil 40, 41 in die Umformkammer eingelegt werden, wobei das erste rohrförmige Profil 40 ein konisches Ende 42 aufweist, wobei das zweite rohrförmige Profil 41 ein konisches Ende 43 aufweist, wobei das konische Ende 42 des ersten rohrförmigen Profils 40 in das konische Ende 43 des zweiten rohrförmigen Profils 41 einschiebbar ist, wobei durch axiale Kraft auf mindestens einer der rohrförmigen Profile eine gasdichte Verbindung zwischen den rohrförmigen Profilen hergestellt wird, wobei in einem anschließenden Innenhochdruckformen sowohl eine Bauteilkontur, als auch eine formschlüssige Verbindung des ersten rohrförmigen Profils 40 und der zweiten rohrförmigen Profils 41 im Bereich der konischen Enden 42, 43 hergestellt wird.
Hierdurch können zwei Produktionsschritte während in einem Werkzeug zum Innenhochdruckformen ausgeführt werden, nämlich die Umformung zweier rohrförmiger Profile als solches und gleichzeitig kann eine Verbindung zwischen den zwei rohrförmigen Profilen hergestellt werden.
Die formschlüssige Verbindung ist hier als mindestens eine umlaufende Ausbuchtung 44 des ersten rohrförmigen Profils 40 im Bereich des konischen Endes 42 ausgestaltet ist, die in mindestens eine korrespondierende umlaufende Ausbuchtung 45 des zweiten rohrförmigen Profils 41 eingreift. Derartige Ausbuchtungen 44, 45 sind durch das Innenhochdruckformen vorteilhaft herzustellen und werden hier für eine formschlüssige Verbindung zweier Rohre innerhalb des Innenhochdruckformprozesses verwendet. Zu diesem Zweck kann vorgesehen sein, dass mindestensteine umlaufende Ausnehmung in der Umformkammer vorgesehen ist. Dementsprechend legt sich sowohl das Material des ersten rohrförmigen Profils, als auch das Material des zweiten rohrförmigen Profils in die Ausnehmung, wodurch jeweils die umlaufende Ausbuchtung des ersten rohrförmigen Profils in die umlaufende Ausbuchtung des zweiten rohrförmigen Profils eingreift und die gewünschte formschlüssige Verbindung entsteht.
Darüber hinaus kann selbstverständlich jede weitere Umformung an den rohrförmigen Profilen vorgenommen werden, die durch das Innenhochdruckformen möglich sind, wobei jedoch ein nachträglicher Produktionsschritt in Form einer Rohrverbindung eingespart werden kann, da die Rohrverbindung bereits während des Innenhochdruckformens durchgeführt worden ist.
Das Verfahren zur Herstellung einer Profilstruktur gemäß den 8 bis 10 kann sowohl mit einem herkömmlichen Innenhochdruckverfahren, als auch mit dem hier vorgeschlagenen erfindungsgemäßen Verfahren bzw. Werkzeug zum Innenhochdruckformen kombiniert werden.

1: Werkzeuggrundkörper
2: Stempel
3: Heizeinrichtung
4: Umformkammer
5: Einlass/Auslass
6: Halbzeug
7: Profilstruktur
10: Werkzeuggrundkörper
11: erste Formschale
12: zweite Formschale
13: erste Heizeinrichtung
14: zweite Heizeinrichtung
15: Umformkammer
16: Fluideinlass
17: Fluidauslass
18: Kontaktfläche der Heizeinrichtung
19: Kontaktfläche des Werkzeuggrundkörpers
20: Antrieb der Heizeinrichtung
21: Antrieb des Werkzeuggrundkörpers
30: Profilstruktur
40: erstes rohrförmiges Profil
41: zweites rohrförmiges Profil
42: konusförmiger Abschnitt
43: konusförmiger Abschnitt
44: umlaufende Ausbuchtung
45: umlaufende Ausbuchtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10312028 [0005]
- EP 1342515 A1 [0006, 0008]
- DE 10317873 A1 [0007]

Claims

Werkzeug zum Innenhochdruckformen, umfassend mindestens – einen Werkzeuggrundkörper (10) mit einer zum Innenhochdruckformen geeigneten Umformkammer (15), sowie – eine Heizeinrichtung zur Erwärmung der Umformkammer (15), dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (13, 14) lösbar mit dem Werkzeuggrundkörper (10) verbunden ist.
Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (13, 14) mit mindestens einer Kontaktfläche (18) ausgestattet ist, wobei der Werkzeuggrundkörper (10) mit mindestens einer korrespondierenden Kontaktfläche (19) ausgestattet ist, wobei die Kontaktflächen (18, 19) in einen zur Wärmeübertragung geeigneten Kontakt treten können.
Werkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (13, 14) als flächiger Formkörper ausgestaltet ist, wobei die Kontaktfläche (18) auf einer Seite des flächigen Formkörpers vorgesehen ist, wobei Heizmittel, insbesondere Heizdrähte innerhalb des flächigen Formkörpers vorgesehen sind.
Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das die Heizeinrichtung (13, 14) mit einem Antrieb (20) ausgestattet ist, der mindestens dazu eingerichtet ist, die Heizeinrichtung (13, 14) wahlweise von dem Werkzeuggrundkörper (10) zu beabstanden oder die Heizeinrichtung (13, 14) mit dem Werkzeuggrundkörper (10) in Kontakt zu bringen.
Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umformkammer (15) mit einem Fluideinlass (17) und mit einem Fluidauslass (18) ausgestattet ist.
Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeuggrundkörper (10) aus einer ersten Formschale (11) und mindestens einer zweiten Formschale (12) gebildet wird, wobei die Umformkammer (15) zwischen den Formschalen (11, 12) ausgebildet ist.
Werkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Formschale (11, 12) mit einem Antrieb (21) ausgestattet ist, der dazu eingerichtet ist, die erste Formschale (11) und die mindestens zweite Formschale (12) wahlweise zur Öffnung der Umformkammer (15) voneinander zu beabstanden, sowie dazu eingerichtet ist, die Formschalen (11, 12) zur Nutzung der Umformkammer (15) für das Innenhochdruckformen in Kontakt zu bringen.
Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug mit einer ersten Heizeinrichtung (13) und mindestens einer zweiten Heizeinrichtung (14) ausgestattet ist, wobei der Werkzeuggrundkörper (10) zwischen den Heizeinrichtungen (13, 14) angeordnet ist.
Verfahren zum Innenhochdruckformen mit einem Werkzeug zum Innenhochdruckformen, wobei das Werkzeug mindestens einen Werkzeuggrundkörper (10) mit einer zum Innenhochdruckformen geeigneten Umformkammer (15), sowie mindestens eine Heizeinrichtung (13, 14) zur Erwärmung der Umformkammer (15) aufweist, umfassend mindestens nachfolgende Verfahrensschritte: – Einbringen eines zum Innenhochdruckformen geeigneten Halbzeugs (6) in die Umformkammer (15), – Aufheizen der Umformkammer (15) mittels der Heizeinrichtung (13, 14), – Einbringen eines zum Innenhochdruckformen geeigneten Mediums in die Umformkammer (15) und Umformung des Halbzeugs (6) zur gewünschten Profilstruktur (7), – Trennen von Werkzeuggrundkörper (10) und Heizeinrichtung (13, 14) – Durchführung einer Wärmebehandlung an der in der Umformkammer (15) befindlichen Profilstruktur (7), – Ausformen der Profilstruktur (7) aus der Umformkammer (15).
Verfahren zum Innenhochdruckformen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Werkzeug ein Werkzeug zum Innenhochdruckformen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem zum Innenhochdruckformen geeigneten Medium um Gas, Öl, Wasser oder eine ölhaltige Emulsion handelt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Trennung von Werkzeuggrundkörper (10) und Heizeinrichtung (13, 14) in einem erwärmten Zustand von Werkzeuggrundkörper (10) und Heizeinrichtung (13, 14) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Material des Halbzeugs (6) um Metall, insbesondere Stahl handelt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Wärmebehandlung um einen Abkühlprozess zur Einstellung metallurgischer Parameter der Profilstruktur (7), insbesondere um Härten handelt.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Abkühlprozess durch Einleiten eines Kühlmediums, insbesondere eines Gas, Öl, Wasser oder eine ölhaltige Emulsion, in den Fluideinlass (16) der Umformkammer (15) durchgeführt wird.
Verfahren zur Umformung und Herstellung einer Bauteilverbindung mindestens zweier Halbzeuge in einem Innenhochdruckumformverfahren in einem Werkzeug zum Innenhochdruckumformen, wobei es sich bei den Halbzeugen um ein erstes rohrförmiges Profil (40) und ein zweites rohrförmiges Profil (41) handelt, wobei das erste und das zweite rohrförmige Profil in eine Umformkammer (4) eingelegt werden, wobei das erste rohrförmige Profil (40) ein konisches Ende (42) aufweist, wobei das zweite rohrförmige Profil (41) ein konisches Ende (43) aufweist, wobei das konische Ende (41) des ersten rohrförmigen Profils (40) in das konische Ende (43) des zweiten rohrförmigen Profils (41) eingeschoben wird, wobei durch axiale Kraft auf mindestens einer der Rohre (40, 41) eine gasdichte Verbindung zwischen den Rohren (40, 41) hergestellt wird, wobei in einem anschließenden Innenhochdruckformen sowohl eine Bauteilkontur, als auch eine formschlüssige Verbindung des ersten rohrförmigen Profils (40) und des zweiten rohrförmigen Profils (41) im Bereich der konischen Enden (42, 43) hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die formschlüssige Verbindung als mindestens eine umlaufende Ausbuchtung (44) des ersten rohrförmigen Profils (40) im Bereich des konischen Endes (42) ausgestaltet ist, die in mindestens eine korrespondierende umlaufende Ausbuchtung (45) des zweiten rohrförmigen Profils (41) eingreift.