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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung
eines rohrförmigen
Hohlprofils mit in axialer Richtung variierender Wanddicke.
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Hohlprofilen
mit maßgeschneiderten
Wanddicken kommt insbesondere in der Automobilindustrie eine immer
größer werdende
Bedeutung zu. An die Stelle von z. B. schalenförmigen Karosserien, einzelnen
Karosserieteilen oder Achskomponenten aus umgeformten und gefügten Feinblechen
treten hierbei zunehmend leichte, durch Innen-Hochdruck-Umformen (IHU oder Hydroforming)
hergestellte Rahmenkonstruktionen. Die Herstellung derartiger Rahmenkonstruktionen,
die eine Steigerung der Fahrzeugsicherheit und eine Senkung des
Fahrzeugsgewichts ermöglichen,
erfolgt in sogenannten IHU-Pressen.
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Als
Ausgangsmaterialien für
eine IHU-Presse werden maßgeschneiderte,
auch unter der Bezeichnung "Tailored
Tubes" bekannte
Hohlprofile mit variierenden Wanddicken benötigt. Derartige Hohlprofile
besitzen eine vergrößerte Wanddicke
dort, wo eine größere Festigkeit
gewünscht
wird, während
an Stellen, wo eine geringere Festigkeit ausreicht, eine kleinere
Wanddicke vorgesehen werden kann. Die Herstellung bekannte Hohlprofile
dieser Art erfolgt dadurch, daß unterschiedlich
dicke Bleche zugeschnitten, durch Schweißen miteinander verbunden, durch
nachfolgendes Biegen zu einem Hohlprofil geformt und danach längs einer
Naht zu einem geschlossenen Hohlprofil verschweißt werden. Ein solcher Prozeß mit vier
Verfahrensstufen ist aufgrund der hierzu benötigten Vorrichtungen wie beispielsweise
Laserschweiß-
und Rohrbiege-Automaten
vergleichsweise aufwendig und mit hohen Investitionskosten verbunden
und wird in der Regel an einem von der IHU-Presse, in der die Hohlprofile
weiterverarbeitet werden, entfernten Ort durchgeführt. Außer hohen
Investition- und Fertigungskosten entstehen daher zusätzliche
Kosten für
den Transport der vorgefertigten Hohlprofile zur IHU-Presse: Außerdem erfordert
ein Werkzeugwechsel eine Umstellung zahlreicher beteiligter Anlagenteile.
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Ausgehend
davon besteht das technische Problem der Erfindung darin, zur Herstellung
von Hohlprofilen mit unterschiedlichen Wanddicken geeignete Verfahren
und Vorrichtungen vorzuschlagen, die einen geringeren Aufwand erfordern
und dennoch einen einfachen Werkzeugwechsel ermöglichen. Außerdem soll die Vorrichtungen
weniger Anlagenteile benötigen
und problemlos unmittelbar vor einer IHU-Presse aufgestellt werden
können.
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Zur
Lösung
dieses Problems dienen die Merkmale der Ansprüche 1 und 12.
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Die
Erfindung bringt den Vorteil mit sich, daß die Hohlprofile nicht nur
unter Anwendung von handelsüblich
geschweißten
oder nahtlosen Rohren oder Profilen, sondern auch in einem einzigen
Anlagenteil mit unterschiedlichen Wanddicken versehen werden können. Durch
partielles axiales Stauchen oder Ziehen kann die Wanddicke flexibel
variiert werden. Eine gezielte Temperaturführung kann bei Bedarf dazu
beitragen, die Eigenschaften der modifizierten Wandabschnitte zusätzlich den
Erfordernissen anzupassen und/oder eine gezielte Einstellung der
Eigenschaften des Hohlprofils herbeizuführen. Durch Austausch des Formgebungsabschnitts
des Werk zeugs sowie eines in das Hohlprofil einfahrbaren Dorns sind
eine flexible Gestaltung der Hohlprofile und ein schneller Werkzeugwechsel
möglich.
Vorteilhaft ist ferner, daß die
erfindungsgemäße Vorrichtung
ohne großen
logistischen Aufwand direkt in den existierenden Prozeß der Innen-Hochdruck-Umformung
integriert werden und dazu direkt vor einer IHU-Presse angeordnet
werden kann. Die Substitution des Schweißens durch einen Umformprozeß führt außerdem zu
weichen, belastungsgerechten Übergängen zwischen
unterschiedlich dicken Werkstück-Wandungen
mit graduierten Werkstoffeigenschaften, wie sie insbesondere für die Innen-Hochdruck-Umformung, aber auch
für andere
Anwendungsfälle
gewünscht
werden. Weiterhin bieten sich das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung
aufgrund der vergleichsweise niedrigen Investitionskosten auch zur
Herstellung von Bauteilen an, die wegen des beträchtlichen logistischen Aufwands
für die
Herstellung von "Tailored
Tubes" bisher nicht
durch Innen-Hochdruck-Umformen hergestellt werden. Schließlich entfällt die kostspielige
Lagerhaltung für
unterschiedlich dicke Bleche.
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Weitere
vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die
Erfindung wird nachfolgen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen
an Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
schematische, perspektivische Gesamtansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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2 ebenfalls
perspektivisch ein zwei Spannmechanismen und einen Formgebungsabschnitt
aufweisendes Werkzeug der Vorrichtung nach 1;
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3 schematisch
und wiederum perspektivisch eine weitere Einzelheit der Vorrichtung
nach 1;
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4 bis 7 schematische
Längsschnitte durch
das Werkzeug nach 2 zur Dar stellung verschiedener
Verfahrensstufen bei der Erhöhung
der Wanddicke eines Hohlprofils;
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8 bis 10 schematische
Längsschnitte
durch das Werkzeug nach 2, jedoch zur Darstellung verschiedener
Verfahrensstufen bei der Reduzierung der Wanddicke eines Hohlprofils;
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11 und 12 je
einen Längsschnitt durch
einen insbesondere bei der Reduzierung der Wanddicke nach 8 bis 10 verwendeten Dorn
in zwei unterschiedlichen Arbeitsstellungen;
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13 und 14 schematische
Längsschnitte
durch das Werkzeug nach 2 zur Darstellung verschiedener
Verfahrensstufen beim schrittweisen Ändern der Wanddicke in aufeinander
folgenden Wandabschnitten eines Hohlprofils;
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15 bis 23 in
schematischen, perspektivischen und teilweise aufgebrochenen Darstellungen
Ausführungsbeispiele
für erfindungsgemäße Hohlprofile
mit varrierender Wanddicke.
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Das
in 1 bis 3 dargestellte Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung enthält ein Maschinengestell 1,
das auf seiner Oberseite mit einer Grundplatte 2 versehen
ist. An einer Seite des Maschinengestells 1 ist eine längliche
Halterung 3 befestigt, die eine Längsachse 4 der Vorrichtung
festlegt. Auf der Grundplatte 2 ist ein zur Bearbeitung
eines Hohlprofils 5 bestimmtes Werkzeug montiert, das eine
erste Aufnahme 6 und eine zweite Aufnahme 7 aufweist.
In der ersten Aufnahme 6 ist ein erster Spannmechanismus 8 und
in der zweiten Aufnahme 7 ist ein zweiter Spannmechanismus 9 montiert.
Die beiden Aufnahmen 6 und 7 sind in Richtung
der Längsachse 4 nebeneinander
angeordnet. Die erste Aufnahme 6 nimmt außerdem einen
zwischen den beiden Spannmechanismen 7 und 8 angeordneten
Formgebungsabschnitt 10 für die Hohlprofile 5 auf.
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Wenigstens
eine der beiden Aufnahmen, in 1 die rechte
Aufnahme 7, ist parallel zur Längsachse 4 und in
Richtung eines Doppelpfeils v verschiebbar
an der Grundplatte 2 gelagert. Die diesem Zweck dienenden
Mittel enthalten, wie insbesondere 3 zeigt,
einen in oder unter einer Aussparung 11 der Grundplatte 2 verschiebbar
gelagerten Schlitten 12, an dessen Unterseite ein Zylinder 14 einer
z. B. hydraulisch betätigbaren
Zylinder/Kolben-Anordnung befestigt ist. In dem Zylinder 14 ist
Kolben 15 verschiebbar, an dem ein Ende einer Kolbenstange 16 befestigt
ist. Ein anderes Ende der Kolbenstange 16 ist am Maschinengestell 1 befestigt.
Auf dem Schlitten 12 ist ein die Aussparung 11 ggf.
teilweise durchragender Montageblock 17 befestigt, auf
dem die nur in 1 und 2 gezeigte,
bewegliche Aufnahme 7 montiert ist. Ferner ist die Anordnung
so getroffen, daß der
Schlitten 12 und mit ihm die Aufnahme 7 und der
Spannmechamismus 9 parallel zur Längsachse 4 verschoben
werden können.
Außerdem
sind die Spammmechanismen 8, 9 so angebracht und
angeordnet, daß das
Hohlprofil 5 nach dem Einspannen in den Spannmechanismen 8, 9 mit
seiner Mittelachse parallel zur Längsachse 4 der Vorrichtung
angeordnet ist.
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Wie
insbesondere 2 zeigt, weist der Spannmechanismus 8 zwei
Spannbacken 8a und 8b auf. Die Spannbacke 8a ist
fest in der Aufnahme 6 abgestützt, während die Spannbacke 8b quer
zur Längsachse 4 beweglich
in der Aufnahme 6 gelagert ist. Zur Bewegung der Spannbacke 8b dient
eine z. B. hydraulische Zylinder/Kolben-Anordnung, die einen hinter
der Aufnahme 6 auf der Grundplatte 2 angeordneten
Zylinder 18, einen in diesem verschiebbar gelagerten Kolben 19 und
eine durch eine Wand der Aufnahme 6 ragende, am Kolben 19 und
an der Spannbacke 8b befestigte Kolbenstange 20 aufweist.
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In
entsprechender Weise kann die Spannbacke 9b mittels einer
Zylinder/Kolben-Anordnung,
die einen Zylinder 21, einen Kolben 22 und einen
Kolbenstange 23 aufweist, quer zur Längsachse 4 verschoben
werden, während
die Spannbacke 9a fest in der Aufnahme 7 abgestützt ist.
Es ist jedoch klar, daß der
gesamte zweite Spannmechanismus 9 zusammen mit der zweiten
Aufnahme 7 parallel zur Längsachse 4 verschoben
werden kann. Zu diesem Zweck ist der Zylinder 21 nicht
mit der Grund platte 2, sondern z. B. fest mit der Aufnahme 7 verbunden.
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Der
Formgebungsabschnitt 10 des Werkzeugs enthält vorzugsweise
ebenfalls zwei Teile 10a und 10b, wobei das Teil 10a fest
in der Aufnahme 6 fixiert ist, während das Teil 10b wie
die Spannbacke 8b mittels einer z. B. hydraulischen Zylinder/Kolben-Anordnung, die einen
Zylinder 24, einen Kolben 25 und eine Kolbenstange 26 aufweist,
quer zur Längsachse 4 verschoben
werden kann.
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Gemäß 1 enthält die Vorrichtung
ferner eine an der Halterung 3 befestigte, z. B. hydraulische Zylinder/Kolben-Anordnung 28 mit
einer Kolbenstange 29, an deren freiem Ende gemäß 2 ein
Dorn 30 befestigt ist, der durch Betätigung der Zylinder/Kolben-Anordnung 28 parallel
zur Längsachse 4 verschoben
werden kann (Pfeil w in 1).
Diese Anordnung ist so getroffen, daß der Dorn 30 nach dem
festen Einspannen des Hohlprofils 5 koaxial zu dessen Mittelachse
angeordnet ist und mittels der Zylinder/Kolben-Anordnung 28 parallel
zu dieser verschoben und in das Hohlprofil 5 eingeführt werden kann,
wie 2 zeigt. Insbesondere kann der Dorn 30 so
weit in dem Hohlprofil 5 vorgeschoben werden, bis er dieselbe
axiale Lage wieder Formgebungsabschnitt 10 einnimmt.
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Weiterhin
ist die Vorrichtung nach 1 bis 3 mit einem
Mittel versehen, mittels dessen das Hohlprofil 5, nach
dem es zwischen den Spannbacken 8a, 8b und 9a, 9b fest
eingespannt ist, auf eine vorgewählte
Umformtemperatur erhitzt werden kann. Dieses Mittel kann im Prinzip
in jeder zweckmäßigen Weise
ausgebildet sein. Bevorzugt wird jedoch ein Mittel angewendet, das
auf dem Prinzip der Widerstands- oder
Induktionsheizung beruht. Im Ausführungsbeispiel sind zu diesem
Zweck in die axial unbeweglichen Spannbacken 8a, 8b und/oder
in die Teile 10a, 10b des Formgebungsabschnitts 10 jeweils
segment- oder halbringförmige,
aus einem gut leitenden Metall bestehende Elektroden 31a, 31b (2)
eingelassen, die vorzugsweise dicht an die seitlichen Ränder des
Formgebungsabschnitts 10 grenzen. Diese Elektroden 31a, 31b sind
so bemessen und angeordnet, daß sie
nach dem festen Einspannen des Hohlprofils 5 mittels der
Spannbacken 8a, 8b und 9a, 9b und
nach dem Schließen
des Formgebungsabschnitts 10 am Außenmantel des aus Stahl od.
dgl. bestehenden Hohlprofils 5 anliegen. Wird daher an
die Elektroden 31a, 31b eine elektrische Spannung
angelegt, dann kann der im Formgebungsabschnitt 10 liegende
Bereich des Hohlprofils 5 durch die ihn durchfließenden,
elektrischen Ströme
auf die gewählte
Umformtemperatur erhitzt werden.
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Zur
Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
mit dem Ziel, z. B. ein handelsübliches, geschweißtes oder
nahtloses und mit im wesentlichen konstanter Wanddicke versehenes
Rohr mit Bereichen unterschiedlicher Wanddicke zu versehen, wird
erfindungsgemäß die Innenwand
des Formgebungsabschnitts 10 und/oder der Außenmantel
des Dorns 30, wie weiter unten näher erläutert ist, mit die Vergrößerung und/oder
Verkleinerung der Wanddicke des Hohlprofils 5 festlegenden
Abschnitten versehen. Das ist in 2 beispielhaft
durch eine umlaufende Ausnehmung 32 in der Innenwand der Formgebungsabschnitts 10 angedeutet.
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Die
beschriebene Vorrichtung kann zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beispielsweise
wie folgt betrieben werden.
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4 bis 7 zeigen
ein erfindungsgemäßes Verfahren
zur Vergrößerung der
Wanddicke des Hohlprofils 5. Zu diesem Zweck werden die
Spannmechanismen 8, 9 und der Formgebungsabschnitt 10 in
einem ersten Verfahrensschritt gemäß 4 mit Hilfe
der Zylinder 18, 21 und 24 geöffnet. Es
wird dann, im Ausführungsbeispiel
von rechts her, das Hohlprofil 5 in Form eines Rohrs mit
konstanter Wanddicke in Richtung eines Pfeils x zu den Spannmechanismen 8, 9 vorgeschoben.
Gleichzeitig oder danach wird der Dorn 30 in das Hohlprofil 5 eingeführt. Da
das Hohlprofil 5, der Dorn 30 und die z. B. halbzylindrischen
Innenflächen
der Spannbacken 8a und 9a koaxial zueinander angeordnet
sind, kann das Hohlprofil 5 in diesem Verfahrensschritt
auf den Spannbacken 8a, 9a abgelegt werden. Der
Spannmechanismus 9 befindet sich außerdem noch in einer Außerarbeitsstellung,
in welcher er einen vorgewählten
axialen Abstand vom Formgebungsabschnitt 10 hat.
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Im
Anschluß daran
werden die Spannbacken 8b, 9b entsprechend 5 mittels
der Zylinder 18, 21 quer zur Richtung der Längsachse 4 vorgeschoben
und an den Außenmantel
des Hohlprofils 5 angelegt, um dadurch das Hohlprofil 5 zwischen
den Spannbacken 8a, 8b bzw. 9a, 9b axial
unverschiebbar einzuspannen. Gleichzeitig wird das Teil 10b des Formgebungsabschnitts 10 mit
Hilfe des Zylinders 24 in entsprechender Weise radial vorgeschoben,
um den Formgebungsabschnitt 1a zu schließen, jedoch ohne
dadurch das Hohlprofil 5 auch zwischen den Teilen 10a, 10b axial
unverschieblich einzuspannen. Als Folge davon wird ein Bereich des
Hohlprofils 5, in dem die Wanddicke vergrößert werden
soll, zwischen den beiden Teilen 10a, 10b angeordnet,
wie aus 5 ersichtlich ist. Da die Wanddicke
vergrößert werden
soll, weist in diesem Fall z. B. der Formgebungsabschnitt 10 in
einem Teil seiner axialen Länge die
umlaufende Ausnehmung 32 (5) auf,
von der z. B. je eine Hälfte
im Teil 10a und im Teil 10b vorgesehen ist. Die
auf beiden Seiten der Ausnehmung 32 befindlichen Bereiche
der Innenwände
der Teile 10a, 10b liegen dann vorzugsweise vollflächig am
Außenmantel
des Hohlprofils 5, so daß die Ausnehmung 32 eine
das Hohlprofil 5 rundum umgebende, zu den Seiten hin jedoch
weitgehend abgedichtete Kavität bildet.
Der Außenmantel
des Dorns 30 hat vorzugsweise einen Querschnitt, der im
wesentlichen dem Innenquerschnitts des Hohlprofils 5 entspricht.
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In
einem zweiten Verfahrensschritt werden die beschriebenen Mittel
zur partiellen Erwärmung des
Hohlprofils 5 aktiviert, indem z. B. ein so hoher elektrischer
Strom durch die Elektroden 31a, 31b geleitet wird,
daß der
im Bereich des Formgebungsabschnitts 10 befindliche Teil
des Hohlkörpers 5 konduktiv
auf eine gewünschte
Umformtemperatur erwärmt
wird. Diese kann z. B. 1200°C
betragen, wenn es sich um ein rohrförmiges Hohlprofil 5 aus
Stahl handelt, dessen Wanddicke 2 mm bis 4 mm beträgt, und
wenn die Ausnehmung 32 eine axiale Länge von z. B. einigen Zentimetern
hat.
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Wenn
der im Formgebungsabschnitt 10 befindliche Bereich des
Hohlprofils 5 die gewünschte Umformtemperatur
erreicht hat, was mittels nicht dargestellter Temperatursensoren überwacht
wird, erfolgt in einem dritten Verfahrensschritt die Formge bung.
Hierzu wird das Hohlprofil 5 bzw. sein erwärmter, im
Formgebungsabschnitt 10 angeordneter Teil axial gestaucht,
indem der parallel zur Längsachse 4 verschiebbare
Spannmechanismus 9 durch Verschiebung des Schlittens 12 mittels
des Zylinders 14 in Richtung eines Pfeils y (6)
zum Formgebungsabschnitt 10 hin bewegt wird, bis er z.
B. an diesem anliegt. Der Verschiebeweg ist hier vorzugsweise so berechnet,
daß der
durch die axiale Stauchung in der Wand des Hohlprofils 5 sich
ergebende Materialüberschuß voll in
die von der Ausnehmung 32 gebildete Kavität gedrückt wird.
Die Heizeinrichtung kann während
dieses Verfahrensschritts bereits wieder deaktiviert werden.
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Nach
der Durchführung
dieses Verfahrensschritts werden in einem vierten Schritt (7)
zunächst
die Spannmechanismen 8, 9 wieder geöffnet, und
das Teil 10b des Formgebungsabschnitts 10 wird radial
zurückgefahren.
Im Anschluß daran
wird der Dorn 30 in seine Außerarbeitsstellung nach 4 zurückgezogen
und das Hohlprofil 5 aus dem Werkzeug entnommen, was mit
einem weiteren, nicht dargestellten und axial beweglichen Spannmechanismus
erfolgen kann.
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Wie 7 zeigt,
ist das Hohlprofil 5 dort, wo sich die Ausnehmung 32 befunden
hat, mit einer umlaufenden, radialen Verdickung 33 versehen,
d. h. es weist in diesem Bereich eine im Vergleich zu den übrigen Bereichen
vergrößerte Wanddicke
auf. Wie insbesondere 6 und 7 erkennen
lassen, kann durch Wahl des Innenquerschnitts der Ausnehmung 32 festgelegt
werden, um welches Maß die
Wanddicke des Hohlprofils 5 beim Stauchvorgang im Vergleich
zur ursprünglichen
Wanddicke des Hohlprofils 5 vergrößert werden soll. Der Dorn 30 verhindert gleichzeitig,
daß der
beim Stauchvorgang entstehende Materialüberschuß nach innen in das Hohlprofil 5 abfließt.
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Ist
eine nach außen
gerichtete Verdickung des Hohlprofils 5 nicht erwünscht, kann
alternativ vorgesehen werden, das beim Stauchen erhaltene Überschußmaterial
in eine der Ausnehmung 32 entsprechende, jedoch im Dorn 30 ausgebildete
Ausnehmung zu verdrängen.
In diesem Fall müßte allerdings
ein Dorn 30 vorgesehen werden, der radial spreizbar bzw.
zusammenziehbar ist, damit nach der Herstellung der nach innen gerichteten
Verdickung eine Entformung des Dorns 30 vom Hohlprofil 5 möglich ist.
Ein hierfür
grundsätzlich
geeigneter Dorn wird weiter unten in Verbindung mit einem zweiten
Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben.
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8 bis 10 zeigen
ein erfindungsgemäßes Verfahren
zur Reduzierung der Wanddicke des Hohlprofils 5. Der erste
Schritt dieses Verfahrens entspricht, wie 8 zeigt,
dem aus 4 und 5 ersichtlichen
Verfahrensschritt. Demzufolge wird das Hohlprofil 5 in
das Werkzeug eingelegt, worauf die Spannmechanismen 8, 9 und
der Formgebungsabschnitt 10 geschlossen und ein Dorn 34 in
das Hohlprofil 5 eingefahren wird.
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In
einem zweiten Verfahrensschritt (9) wird
analog zu 6 eine partielle Erwärmung des im
Formgebungsabschnitt 10 angeordneten Bereichs des Hohlprofils 5 vorgenommen.
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Nach
dem Erreichen der gewünschten
Umformtemperatur erfolgt die Formgebung. Hierzu wird das Hohlprofil 5 im
Gegensatz zum oben beschriebenen Verfahren nicht gestaucht, sondern
parallel zur Längsachse 4 gezogen.
Dies erfolgt dadurch, daß der
Schlitten 12 (1) parallel zur Längsachse 4 in Richtung
eines Pfeils z (9)
verschoben wird, bis der Spannmechanismus 9 z. B. die Stellung
nach 10 erreicht hat, wonach sein axialer Abstand vom
Formgebungsabschnitt 10 größer als am Anfang (z. B. 8)
ist. In einem vierten Schritt werden die Spannmechanismen 8, 9 und
der Formgebungsabschnitt 10 analog zu 7 geöffnet, um
das Hohlprofil 5 zu entnehmen.
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Für die Durchführung des
beschriebenen Verfahrens zur Reduzierung der Wanddicke gibt es insbesondere
drei Möglichkeiten.
Die eine Möglichkeit
besteht darin, den Innenquerschnitt des Formgebungsabschnitts 10 durchgehend
genauso groß wie den
Außenquerschnitt
des Hohlprofils 5 und den Außenquerschnitt des Dorns 30 so
groß wie
den Innenquerschnitt des Hohlprofils 5 zu wählen. Eine
zweite in 8 bis 10 gezeigte
Möglichkeit
besteht darin, einen radial spreizbaren Dorn 34 (11 und 12)
zu verwenden. Die dritte Möglichkeit
wird weiter angegeben.
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Bei
Anwendung der zuerst genannten Möglichkeit
entsteht in der Wand des Hohlprofils 5 eine von außen nach
innen her ausgeprägte
Verdünnung 35,
wie im rechten Teil der 10 oben
dargestellt ist. Das ist eine Folge davon, daß das Hohlprofil 5 axial
verzogen wird und der sich verdünnende
Wandbereich 35 nicht geführt ist. Dadurch werden allerdings
in axialer Richtung unterschiedliche Innen- und Außenquerschnitte
im Hohlprofil 5 erzeugt, was nicht immer erwünscht ist.
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Das
wird durch Anwendung des Dorns 34 nach 11 und 12 vermieden,
der zu dem bisher für
am besten gehaltene Ausführungsbeispiel
der Vorrichtung gehört.
Der Dorn 34 enthält
eine Mehrzahl von axial getrennten, am Umfang der Kolbenstange 29 verteilt
angeordneten Segmenten 34a, 34b usw., die an ihren
Enden radial durch je einen umlaufenden Federring 36 od.
gl. zusammengehalten werden. Am freien Ende der Kolbenstange 28 ist ein
Spreizdorn 37 befestigt, der einen leicht konischen Außenmantel
hat, der sich in Richtung der Segmente 34a, 34b leicht
verjüngt
und in einen vorzugsweise leicht konischen Spalt zwischen den Segmenten 34a, 34b und
der Kolbenstange 28 ragt. Auf der axial gegenüber liegenden
Seite der Segmente 34a, 34b ist eine Spreizhülse 38 vorgesehen,
die axial verschiebbar auf der Kolbenstange 28 gelagert
ist. Die Spreizhülse 38 hat
ebenfalls einen leicht konischen Außenmantel, der sich in Richtung
der Segmente 34a, 34b verjüngt und in einen vorzugsweise konischen
Spalt zwischen den Segmenten 34a, 34b und der
Kolbenstange 38 ragt, wie 11 und 12 deutlich
zeigen. Durch eine axiale Verschiebung der Spreizhülse 38 auf
der Kolbenstange 28 mit nicht dargestellten Mitteln, z.
B. einer weiteren hydraulischen Zylinder/Kolben-Anordnung, ist es
daher möglich,
die Segmente 34a, 34b gegen die Kraft der Federringe 36 radial
zu spreizen (11), d. h. den Außenquerschnitt
des Dorns 34 zu vergrößern, oder durch
die Kraft der Federringe 36 radial zusammenzuziehen (12),
um dadurch den Außenquerschnitt
des Dorns 34 zu verkleinern.
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Bei
Anwendung des spreizbaren Dorns 34 wird das oben beschriebene
Verfahren dahingehend abgewandelt, daß der Dorn 34 zunächst mit
einem gegenüber
dem Innenquerschnitt des Hohlprofils 5 reduzierten Außenquerschnitt
an die Position des Formgebungsabschnitts 10 gefahren wird
(8). Nach Erreichen der Umformtempe ratur wird
der Dorn 34 dann durch axiale Verschiebung der Spreizhülse 38 radial
gespreizt, wodurch die Wand des Hohlprofils 5, auf die
außen
der Formgebungsabschnitt 10 als Widerlager einwirkt, von
innen her radial eingedrückt
und dadurch mit einer Verdünnung 39 versehen
wird (9). Dies ist im rechten Teil der 10 unten
vergrößert dargestellt
und hat den Vorteil, daß die
Wanddicke nur durch eine innere Eindrückung reduziert ist, d. h.
der Außenquerschnitt
des Hohlprofils 5 auf dessen ganzer Länge erhalten bleibt.
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Der
Ziehvorgang kann vor oder auch gleichzeitig mit der radialen Spreizung
des Dorns 34 vorgenommen werden. Die hierzu beste Verfahrensweise kann
experimentell ermittelt werden.
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Nach
der Reduzierung der Wanddicke im Bereich der Verdünnung 39 wird
der Dorn 34 durch Zurückziehen
der Spreizhülse 38 und
durch die Wirkung der Federringe 36 wieder auf seinen ursprünglichen
Außenquerschnitt
verkleinert, bevor das Hohlprofil 5 dem Werkzeug entnommen
wird, um dadurch die notwendige Entformung sicherzustellen.
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Der
Dorn 34 kann zweckmäßig auch
anstelle des Dorns 30 beim Vergrößern der Wanddicke gemäß 4 bis 7 angewendet
werden. Dadurch läßt sich
das Einführen
des Dorns in das Hohlprofil 5 bzw. das Herausziehen des
Dorns aus dem Hohlprofil 5 wesentlich vereinfachen. Außerdem könnte ein ähnlicher
spreizbarer Dorn auch zur Erhöhung
der Wanddicke verwendet werden, wenn die Verdickung 33 (7)
nur auf der Innenseite des Hohlprofils 5 liegen soll. In
diesem Fall würde
eine der Ausnehmung 32 entsprechende Ausnehmung im Dorn
angebracht und dieser nach Herstellung der Verdickung zur Entformung
radial zusammengezogen.
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Die
dritte Möglichkeit
zu Reduzierung der Wanddicke besteht schließlich darin, anstelle des Dorns
die Teile 10a, 10b des Formgebungsabschnitts 10 mit
einem radial vorschiebbaren bzw. zurückziehbaren Abschnitt zu versehen.
Nach dem Erreichen der Umformtemperatur könnte dieser Abschnitt dann
radial nach innen vorgeschoben werden, um dadurch die Dicke der
auf der Gegenseite vom Dorn gehaltenen Wand des Hohlprofils 5 von
außen
her zu reduzieren. Hierdurch können
mit verdünnten
Wandabschnitten versehene Hohlprofile 5 hergestellt werden,
die auf ihrer ganzen Länge
einen gleichbleibenden Innenquerschnitt aufweisen.
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Ein
weiteres Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird nachfolgend anhand der 13 und 14 näher erläutert. Dieses
Verfahren dient dem Zweck, das Hohlprofil 5 in aufeinander
folgenden Verfahrensstufen an wenigstens zwei axial hintereinander
liegenden Stellen mit je einem Abschnitt vergrößerter oder verkleinerter Wanddicke zu
versehen.
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Ausgangspunkt
für eine
derartige schrittweise Änderung
der Wanddicke ist gemäß 13 z.
B. der in bereits in 6 gezeigte, nach der Durchführung eines
erstens Stauchvorgangs erhaltene Zustand der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Das Hohlprofil 5 ist daher bereits mit einer Verdickung 40 (14)
versehen, die durch eine die 5 entsprechende
Ausnehmung 32 (13) im
Formgebungsabschnitt 10 erhalten worden ist.
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Unter
Anwendung derselben Vorrichtung wird nun das Hohlprofil 5 im
Werkzeug in Richtung des Pfeils x der 4 axial
weiter vorgeschoben, bis ein weiterer vorgewählter Abschnitt des Hohlprofils 5 im
Formgebungsabschnitt 10 angeordnet ist (14).
Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, daß – ausgehend von 13 – zunächst der
axial verschiebbare Spannmechanismus 9 gelöst und in Richtung
des Pfeils z (14)
axial zurückgezogen, d.
h. vom Formgebungsabschnitt 10 entfernt wird, bis etwa
die Position nach 14 erreicht ist. Im Anschluß daran
werden die Spannbacken 9a, 9b wieder zusammengefahren,
während
die Spannbacken 8a, 8b und die Teile 10a, 10b mittels
der Zylinder 18, 24 radial geöffnet werden. Gleichzeitig
kann der Dorn, falls es sich z. B. um einen spreizbaren Dorn 34 nach 11 und 12 handelt,
im Querschnitt verkleinert werden.
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In
einem weiteren Verfahrensschritt wird der Spannmechanismus 9 wieder
in Richtung des Pfeils x (4)
bewegt, bis er am Formgebungsabschnitt 10 anliegt. Dadurch
wird das Hohlprofil 5 axial um den Hub des Spannmechanismus 9 vorgeschoben, so
daß die
vorher gebildete Verdickung 40 z. B. zumindest teilweise
zwischen den Spannbacken 8a, 8b zu liegen kommt.
Damit dieser Vorgang nicht durch die bisher als stationär angenommene
Spannbacke 8a behindert wird, ist dieser in diesem Ausführungsbeispiel
zweckmäßig eine
Zylinder/Kolben-Anordnung 52 zugeordnet, die analog zur
Zylinder/Kolben-Anordnung 18 bis 20 (2)
für die
Spannbacke 8b ausgebildet und angeordnet sein kann. Dadurch ist
es möglich,
vor der Verschiebung des Hohlprofils 5 in x-Richtung (4)
auch die Spannbacke 8a radial zurückzuziehen.
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In
einem weiteren Verfahrensschritt werden die Spannbacken 9a, 9b erneut
geöffnet,
worauf der Spannmechanismus 9 in Richtung des Pfeils z noch einmal in die aus 14 ersichtliche
Stellung zurückgefahren
wird. Gleichzeitig werden die Spannbacken 8a, 8b und
die Teile 10a, 10b wieder geschlossen, um das
Hohlprofil 5 axial festzulegen und die durch die Ausnehmung 32 gebildete
Kavität
zu schließen. Auch
der Dorn 34 kann jetzt wieder radial gespreizt werden.
Dadurch wird ein Zustand der Vorrichtung erreicht, der im wesentlichen
dem aus 6 ersichtlichen Zustand entspricht.
Infolgedessen kann jetzt wieder die Heizeinrichtung (Elektroden 31a, 31b)
aktiviert und danach ein weiterer Stauchhub durchgeführt werden,
um das Hohlprofil 5 mit einer weiteren Verdickung zu versehen,
die sich in Abhängigkeit
von der vorher durchgeführten
Verschiebebewegung des Hohlprofils 5 unmittelbar an die
Verdickung 40 (14) anschließen oder
einen axialen Abstand von dieser aufweisen kann. Anschließend findet
auf die beschriebene Weise wahlweise ein weiterer Stauchhub oder
die Entnahme des Hohlprofils 5 aus der Vorrichtung statt.
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Damit
die in einem vorhergehenden Verfahrensschritt gebildeten Verdickungen 40 beim
nachfolgenden Schließen
der Spannbacken 8a, 8b nicht beschädigt werden,
kann es zweckmäßig sein,
die mit dem Hohlprofil 5 in Berührung kommenden Teile der Spannbacken 8a, 8b z.
B. als Kontaktschienen auszubilden, die quer zur Längsachse 4 federnd
mit den Spannbacken 8a, 8b verbunden sind. Außerdem ist klar,
daß die axiale
Lage der Ausnehmung 32 und der axiale Bewegungshub des
Hohlprofils 5 so aufeinander abgestimmt werden sollten,
daß die
von der Ausnehmung 32 gebildete Kavität bei jedem Stauchhub jeweils
beidseitig abgedichtet ist. Das kann, wie 14 zeigt,
auch dadurch erreicht werden, daß die Ausnehmung 32 zu
einer Seite hin, z. B. in 14 nach
links hin, offen ausgebildet und an dieser Seite jeweils durch die
zuvor gebildete Verdickung 14 verschlossen gehalten wird.
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In
analoger Weise können
aufeinander folgende Ziehvorgänge
durchgeführt
werden, um das Hohlprofil 5 schrittweise mit Wandverdünnungen
zu versehen. Weiter ist es möglich,
das Hohlprofil 5 wahlweise mit nach innen oder außen ragenden
Verdickungen 33, 40 und/oder mit von innen oder
von außen
her eingebrachten Verdünnungen 35, 39 zu versehen,
insbesondere wenn entsprechende Dorne 34 od. dgl. mit spreizbaren
Segmenten verwendet werden.
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15 bis 23 zeigen
verschiedene Hohlprofile 5, die aus Rohren mit konstanter
Wanddicke erhalten werden können,
nachdem sie in der beschriebenen Weise in der erfindungsgemäßen Vorrichtung
bearbeitet wurden.
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15 zeigt
ein Hohlprofil 5 mit einer inneren Verdickung 41,
die z. B. mit einem spreizbaren Dorn hergestellt wurde. 16 zeigt
ein Hohlprofil 5 mit einer äußeren Verdickung 42 analog
zu 7. Das Hohlprofil 5 nach 17 ist
dagegen mit einer Verdickung 43 versehen, die sowohl nach
außen
als auch nach innen gerichtet ist, indem sowohl der Formgebungsabschnitt 10 als
auch der Dorn mit einer Ausnehmung versehen werden.
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Nach 18 und 19 kann
das Hohlprofil 5 auch mit einer Verdickung 44 oder
Verdünnung 45 versehen
werden, die eine vorgewählte
Profilierung, z. B. nach Art einer Zahnradgeometrie aufweist. Hierzu
ist lediglich erforderlich, die dem Hohlprofil 5 zugewandten
Innenflächen
der Teile 10a, 10b des Formgebungsabschnitts 10 und/oder
den Außenmantel des
Dorns mit einer entsprechenden Profilierung zu versehen.
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20 und 21 zeigen
je ein Hohlprofil 5 mit einer nach innen offenen Wandverdünnung 46 entsprechend
der Verdünnung 39 in 10 (rechts unten)
bzw. mit einer nach außen
offenen Verdünnung 47.
Dagegen ist aus 22 eine Verdünnung 48 erkennbar,
die der Verdünnung 35 in 10 (rechts
oben) entspricht und eine nach innen und nach außen hin offene Ausnehmung bildet.
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23 zeigt
schließlich
ein Hohlprofil 5, das axial aufeinander folgende Bereiche
mit Verdickungen 49, 50 oder Verdünnungen 51 aufweist
und z. B. nach dem anhand der 13 und 14 beschriebenen
Verfahren hergestellt wird.
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Die
Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, die
auf vielfache Weise abgewandelt werden können. Das gilt zunächst für die äußere Kontur
der verwendeten Hohlprofile 5, die entsprechend 15 bis 17 und 20 bis 23 z.
B. einen quadratischen Querschnitt oder nach 18 und 19 z.
B. einen runden Querschnitt haben können. Natürlich können auch Hohlprofile mit davon
abweichenden Querschnitten verwendet werden. Weiter ist klar, daß insbesondere
die Formgebungsabschnitte 10 und die Dorne 30, 34 auch
in anderer zweckmäßiger Weise ausgebildet
und andere Heizeinrichtungen verwendet werden können. Außerdem können die verschiedenen Verfahrensschritte
zumindest teilweise überlappt
statt streng nacheinander durchgeführt werden. Schließlich versteht
sich, daß die
verschiedenen Merkmale auch in anderen als den beschriebenen und
dargestellten Kombinationen angewendet werden können.