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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur hydraulischen Innenhochdruckumformung
von Hohlprofilen aus einem metallischen Werkstoff.
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Es
ist Stand der Technik, metallische Bauteile mittels konventionellen
Hydroformverfahren herzustellen. Die
DE 20 2007 004 627 U1 beschreibt
beispielsweise ein System zum Innenhochdruckumformen (IHU), welches
aus einem Werkzeug mit mindestens zwei Werkzeughälften besteht, wobei diese Werkzeughälften eine
Gravur entsprechend der zu erzeugenden Werkstückkontur aufweisen. Das zum Werkzeug
umgeformte Halbzeug weist die Form eines rohrförmigen Körpers oder einer Einfach- bzw. Doppelplatine
auf und ist mit Flüssigkeit
füllbar.
Zum Füllen
des Halbzeugs wird die Flüssigkeit
mit einem hydraulischen Umformdruck beaufschlagt. Neben den Mitteln
zur Erzeugung des hydraulischen Umformdruckes ist zumindest eine
Krafteinheit vorgesehen zum Erzeugen einer auf das Werkzeug wirkenden
Zuhaltekraft. Eine etwas andere Variante beschreibt die
DE 40 17 072 C2 .
Hierbei wird ein Hohlkörper
in das noch offene zum hydraulischen Umformen eingesetzte Gesenk
eingelegt. Hohlkörper
und Gesenk befinden sich in einer inkompressiblen Flüssigkeit,
welche aufgrund des offenen Hohlkörpers auch in den Innenraum
dieses Hohlkörpers
eindringen kann. Sobald der Hohlkörper mit der Flüssigkeit blasenfrei
gefüllt
ist, werden die Gesenkhälften
bei offenen Stirnenden des Hohlkörpers
gegeneinander verlagert, wobei der mit der Flüssigkeit gefüllte und
in der Flüssigkeit
liegende Hohlkörper
unter Annäherung
an die Gesenkkontur vorverformt wird. Nach dem Schließen der
Gesenkhälften
wird dann der hydraulische Druck im Innenrohr des Hohlkörpers so lange
erhöht,
bis dieser mit seiner Umfangsfläche vollständig in
die Gesenkkontur eingepresst ist.
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Typischerweise
liegen die Umformzeiten in einer Größenordnung von ca. 1,5 bis
3 Sekunden. Im Vergleich mit den so genannten Highspeed-Hydroformverfahren
(HSH) sind diese Fertigungszeiten sehr lang. Die Hydroformzeiten
bei HSH-Verfahren liegen
normalerweise weit unter 0,5 Sekunden. Durch das Highspeed-Hydroforming ergeben
sich auch sehr große
Unterschiede in den Taktzeiten. Während beim konventionellen
Hydroformverfahren Taktzeiten in einer Größenordnung von z. B. 25 Sekunden
liegen, ergeben sich beim HSH-Verfahren Taktzeiten zwischen 6 und
8 Sekunden.
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Nachteilig
bei der Innenhochdruckumformung von weicheren Werkstoffen, wie z.
B. Aluminiumwerkstoffen, ist, dass diese zum Schmieren neigen, so
dass es zu Aluminiumanhäufungen
an den Werkzeugen kommt. Dies erhöht die Instandhaltungskosten
der Hydroformwerkzeuge. Trotz theoretisch erhöhter Umformgeschwindigkeit
können
diese Vorteile durch erhöhte
Werkzeugkosten zumindest teilweise zunichte gemacht werden.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur hydraulischen
Innenhochdruckumformung von Hohlprofilen aus einem metallischen
Werkstoff aufzuzeigen, mit welchem es möglich ist, verfahrensbedingte
Werkstoffanhäufungen an
der Werkzeugoberfläche
zu vermeiden.
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Diese
Aufgabe ist bei einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird ein umzuformendes Hohlprofil in ein mit einem Hydraulikfluid
gefülltes
Tauchbecken eingetaucht. Die Befüllung
des Hohlprofils erfolgt also nicht erst in der Hydroformstation,
sondern bereits vorher. Auf diese Weise kann der Hohlraum des Hohlprofils
schon vor der Umformung vollständig
geflutet werden. Der Transport in die eigentliche Hydroformstation
erfolgt somit in dem Hydraulikfluid. Als Hydroformstation dient
eine Presse mit einem Obergesenk und einem Untergesenk mit einem
entsprechenden Formhohlraum, in das das mit Hydraulikfluid gefüllte Hohlprofil eingelegt
wird. Nach dem Herunterfahren des Obergesenks bzw. dem Schließen des
Formhohlraums werden die Enden des Hohlprofils über Abdichtdorne geschlossen.
Gleichzeitig erfolgt die Innendruckbeaufschlagung mit dem Ziel der
Innenhochdruckumformung.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren kommt
hinzu, dass zwischen dem Formhohlraum und dem Hohlprofil ein vorhandenes
Fluidpolster bei abnehmender Fluidmenge kontrolliert über einen Zeitraum
aufrechterhalten wird, um für
eine gute Schmierung während
des Nachschiebens des Hohlprofils über die Abdichtdorne zu sorgen.
Es soll daher Hydraulikfluid dazu genutzt werden, ein Fluidpolster zu
bilden, das keinesfalls zu schnell abgebaut werden darf. Entgegen
der ursprünglichen
Zielrichtung des Highspeed-Hydroforming, das Bauteil möglichst schnell
umzuformen und das Bauteil schnell in seine Endkontur zu bringen,
ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
vorgesehen, diese Endkontur zumindest in denjenigen Bereichen, die über den
Abdichtdorn nachgeschoben werden sollen, nicht zu Beginn des Nachschiebens
durch besonders hohe Innendrücke
zu erreichen, sondern erst zu einem möglichst späten Zeitpunkt, nämlich erst
dann, wenn das Nachführen
eines Abdichtdorns abgeschlossen ist. In diesem Moment wird das
Fluidpolster nicht weiter benötigt.
Das Fluidpolster soll so lange aufrechterhalten werden, wie die
Umformung insbesondere in den durch den Abdichtdorn nachgeschobenen
Bereichen statffindet. Dabei sollte die Dicke des Fluidpolsters kontinuierlich
abnehmen.
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Optimal
wäre es,
wenn der Werkstoff während
des Nachschiebens keinen direkten Kontakt zum Werkzeug hat. Bei
optimierter Auslegung des Verfahrens ergibt sich gegenüber einem
Highspeed-Hydroforming ohne ein solches Fluidpolster keine zeitliche
Verzögerung,
da der Umformvorgang bzw. das Nachschieben des Abdichtdorns nicht
langsamer erfolgt als ohne Fluidpolster.
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Mit
der Erfindung können
die Reibungskräfte zwischen
dem Werkstück
und dem Formhohlraum wesentlich reduziert werden. Im Ergebnis wirkt
sich das positiv auf die über
den Abdichtdorn zu übertragende
Kraft aus. Materialanhäufungen
werden vermieden. Die Standzeit der Werkzeuge wird gesteigert und
die Wirtschaftlichkeit verbessert.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zeigt seine Vorteile insbesondere bei im Verhältnis zu Stahl weicheren Werkstoffen,
wie z. B. Aluminium. Das Verfahren ist jedoch ebenso für andere
metallische Werkstoffe, wie z. B. Stahl oder auch Magnesium, geeignet.
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Bei
der verwendeten Presse handelt es sich bevorzugt um eine Transferpresse
mit automatischen Transportsystemen. Die Presse kann sowohl eine
hydraulisch als auch mechanisch angetriebene Presse sein. Es ist
auch möglich,
servo-motorisch angetriebene Pressen einzusetzen.
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Ein
so genannter Transferbalken transportiert die Hohlprofile von Bearbeitungsstation
zu Bearbeitungsstation. Dies erfolgt im Rahmen der Erfindung vorzugsweise
vollständig
innerhalb eines Hydraulikfluidbads, d. h. gewissermaßen unterhalb
eines Flüssigkeitspegels.
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Eine
weitere Bearbeitungsstation kann beispielsweise eine Vorformstation
sein, in welcher das Hohlprofil einen Querschnitt erhält, welcher
zur Ausbildung eines Fluidpolsters zwischen dem Hohlprofil und dem
Formhohlraum vorgesehen ist. Beispielsweise kann das Hohlprofil
zumindest in denjenigen Bereichen, die im Wesentlichen nur nachgeschoben werden,
gezielt einen welligen Querschnitt erhalten, damit es möglichst
wenige Berührungspunkte
zwischen dem Hohlprofil und dem Formhohlraum gibt. Ziel ist es,
ein definiertes Fluidpolster zu schaffen. Daher kann die Querschnittskontur
des Vorformlings deutlich von der durch Innenhochdruckumformung angestrebten
Kontur abweichen. Die Vorformung des Hohlprofils hat also nicht
das Ziel, eine Kontur zu schaffen, die dem fertigen Erzeugnis möglichst
endkonturnah ist, sondern soll hiervon gezielt Abweichungen aufweisen.
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In
der Regel werden die zur Innenhochdruckumformung vorbereiteten Hohlprofile
gebogen oder auch nur verformt, so dass die Enden nicht vollständig eben
an den Abdichtdornen anliegen. Dadurch ergeben sich zwangsläufig Leckagen.
Entweder müssten
die Leckagen durch einen separaten Fertigungsschritt beseitigt werden,
indem die vorgeformten Bauteile gestaucht oder zugeschnitten werden.
Bei der Erfindung wird jedoch ein so hoher Druckanstieg bei entsprechendem
Förderstrom
realisiert, dass Leckagen vernachlässigt werden können und
die Enden des Hohlprofils als abgedichtet betrachten gelten. Daher
muss ein Hohlprofil endseitig nicht vollflächig an dem Abdichtdorn anliegen.
Durch den hohen Überschuss
an Hydraulikfluid sind die relativ kleinen Mengen Hydraulikfluid,
die durch Undichtigkeiten entweichen, vernachlässigbar. Das Highspeed-Hydroforming
kann problemlos durchgeführt
werden.
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Während der
Innenhochdruckumformung soll daher gezielt ein größeres Flüssigkeitsvolumen in
das Hohlprofil gepumpt werden, als zusätzlich zu dem in dem Hohlprofil
vorhandenen Hydraulikfluid in dem Hohlprofil aufgenommen werden
kann. Dies bezieht sich auf die Endkontur am Ende des Innenhochdruckumformvorgangs,
also auf das fertige Erzeugnis.
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Dadurch,
dass das Hohlprofil anfänglich möglichst
vollständig
von einem Fluidpolster umgeben sein soll, ist es zweckmäßig, das
Ende des Abdichtdorns stumpf zu gestalten. Unter einer stumpfen Abdichtung
im Sinne der Erfindung wird ein Abdichtdorn mit einer senkrecht
zur Längsrichtung
stehenden Stirnfläche
ohne besonders an die Innenkontur des Hohlprofils angepasste Vorsprünge oder
Vertiefungen verstanden. Diese senkrecht zur Vorschubrichtung stehende
Stirnfläche
erstreckt sich hierbei über
einen wesentlich größeren Bereich
als die bloße Wanddicke
der umzuformenden Hohlprofile, und zwar weil die Hohlprofile nicht
endkonturnah, sondern zur Ausbildung des Fluidpolsters gezielt gewellt und
insbesondere im Abstand zu den Wänden
des Formhohlraums verlaufen. Manche Umfangsbereiche des Hohlprofils
werden daher während
der Innenhochdruckumformung wesentlich weiter radial nach außen verlagert
als andere.
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Damit
es nicht zu Klemmungen im Bereich des Abdichtdorns kommt, besitzt
der Abdichtdorn eine entsprechend große, ebene, d. h. stumpfe, Anlagefläche. Es
wird auf besondere Dichtmittel zur Reduzierung der Leckagen im Übergangsbereich
zwischen dem Abdichtdorn und dem Hohlprofil verzichtet. Diese Art
der leckagentoleranten Abdichtung hat den Vorteil, dass die Enden
des Hohlprofils nicht besonders vorbereitet werden müssen, um
das Highspeed-Hydroformverfahren durchführen zu können und dass die Enden der
fertig hydrogeformten Hohlprofile nicht abgeschnitten werden müssen. Dadurch kann
Material eingespart werden.
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Es
wird als vorteilhaft angesehen, wenn das Obergesenk beim Schließen des
Formhohlraums weniger als den zwanzigsten Teil der Fluidmenge verdrängt, in
welcher sich das Untergesenk befindet. Das Verhältnis zwischen verdrängtem Volumen
und dem Badvolumen muss hinreichend groß gewählt werden. Einerseits treten
bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
sehr hohe Drücke
auf, wobei Leckageströme
zurück
in das Fluidbad fließen.
Damit das Hydraulikfluid nicht unkontrolliert herausspritzt, kann der
Leckagestrom durch eine entsprechende Menge Hydraulikfluid gedämpft werden.
Dazu sollten die Leckagestellen tief genug unter dem Fluidpegel
liegen. Zusätzliche
Abschirmmaßnahmen
sind zweckmäßig.
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Das
kontrollierte Ableiten des Hydraulikfluids aus dem Fluidpolster
kann dadurch erfolgen, dass zwischen dem Obergesenk und dem Untergesenk ein
definierter Spalt vorgesehen ist, welcher an den Formhohlraum grenzt.
Mit anderen Worten wird in der Trennungsfuge zwischen Obergesenk
und Untergesenk ein Spalt eingestellt, der gerade so viel Hydraulikfluid
abströmen
lässt,
dass bei Abschluss des Nachführvorgangs
des Abdichtdorns das Fluidpolster vollständig abgebaut ist. Alternativ
oder zusätzlich können Riefen
im Formhohlraum vorgesehen sein, über welche das Hydraulikfluid
abgeleitet wird. Dies erfolgt zweckmäßigerweise in Richtung des
Abdichtdorns, da hier ohnehin größere Leckageströme auftreten
können.
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Die
Hydraulikflüssigkeit
kann temperiert sein, so dass die aus einem metallischen Werkstoff bestehenden
Hohlprofile gewissermaßen
warm mittels eines Highspeed-Hydroformverfahrens
umgeformt werden. Das Halbwarm- oder Warmumformen von Metall erhöht die Umformbarkeit.
Mit steigender Temperatur des Fluidbads erwärmt sich das Hohlprofil schneller,
so dass die sich anschließende
Innenhochdruck-Umformoperation
ebenfalls beschleunigt durchgeführt
werden kann. Das Erwärmen
im Fluidbad hat den Vorteil, dass die Hohlprofile mit einem das
Hohlprofil unmittelbar kontaktierenden Medium konduktiv erwärmt werden
können.
Diese Methode ist auf Grund der hohen Wärmeleitfähigkeit von Flüssigkeiten
effektiver als die Ofenerwärmung.
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Die
Erfindung ist nachfolgend anhand in den Zeichnungen dargestellter
Ausführungsbeispiele
näher erläutert. Es
zeigt:
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1 eine
schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des
Verfahrens;
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2 einen
Querschnitt durch den Formhohlraum einer Hydroformstation;
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3a bis 3c einen
Teilbereich eines Längsschnitts
durch einen Formhohlraum einer Hydroformstation zu drei unterschiedlichen
Bearbeitungszeitpunkten;
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4 entsprechend
der Darstellung der 3c eine Variante
mit Leckagebereichen am Abdichtdorn und
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5 ein
Diagramm, bei welchem über
der Zeit die Bewegungskurve des Abdichtdorns, der anliegende Druck
zur Innenhochdruckumformung und die Dicke des Fluidpolsters aufgetragen
ist.
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1 zeigt
eine als Transferpresse ausgebildete Presse 1 mit einer
Hydroformstation. Die Presse 1 umfasst einen Pressentisch 2,
auf dem sich ein Tauchbecken 3 befindet, das mit einem
Hydraulikfluid befüllt
ist. Innerhalb dieses Tauchbeckens 3 befinden sich vier
Bearbeitungsstationen. Die erste Station ist eine Befüllstation 4.
Es schließt
sich eine Vorformstation 5 an. Darauf folgt eine Hydroformstation 6 und
schließlich
eine Endbearbeitungsstation 7. In der Bearbeitungsfolge
von links nach rechts wird Rohmaterial 8 mittels eines
Roboters 9 in die Befüllstation 4 transportiert.
Dort wird das Rohmaterial 8, bei dem es sich um Hohlprofile 10 handelt,
mit Hydraulikfluid befüllt
bzw. das Hohlprofil 10 läuft mit Hydraulikfluid voll.
Anschließend
wird das mit Hydraulikfluid befüllte
Hohlprofil 10 zur nächsten
Bearbeitungsstation 5 mittels eines schematisch angedeuteten
Transferbalkens 11 transportiert. Der Transport von Bearbeitungsstation
zu Bearbeitungsstation erfolgt unterhalb des Fluidpegels, bis das
mit Innenhochdruck umgeformte Hohlprofil 10 schließlich an der
Endbearbeitungsstation 7 von einem weiteren Roboter 12 entnommen
wird. Die Fertigteile 13 werden von dem Roboter 12 abgelegt.
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In
der Vorformstation
5 der Hydroformstation
6 und
der Endbearbeitungsstation
7 erfolgt die eigentliche Bearbeitung
des Hohlprofils
10. Hierzu besitzt die Presse
1 einen
Pressenstößel
14,
an welchem entsprechende Obergesenke für die jeweiligen Bearbeitungsstationen
5,
6 und
7 angeordnet
sind. An dem Obergesenk
15 der Hydroformstation
6 ist eine
Kolben-Zylinder-Einheit
16 angeordnet, die dazu dient,
während
der Innenhochdruckumformung Hydraulikfluid in den Innenraum des
Hohlprofils
10 zu pressen. Die Presse
1 ist in
nicht näher
dargestellter Weise mit einem Drucksteuerungssystem und einer Druckregelung
verbunden, insbesondere, wie sie in der
DE 10 2005 057 863 B3 beschrieben
ist. Dem Obergesenk
15 ist in bekannter Weise ein Untergesenk
17 zugeordnet.
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2 zeigt
in vergrößerter Darstellung
einen Querschnitt durch die geschlossene Hydroformstation 6.
Es ist zu erkennen, dass zwischen dem Obergesenk 15 und
dem Untergesenk 17 innerhalb eines im Querschnitt im Wesentlichen
rechteckig konfigurierten Formhohlraums 18 ein umzuformendes
Hohlprofil 10 angeordnet ist. Das Hohlprofil 10 berührt den Formhohlraum 18 möglichst
wenig, d. h. nur punktuell. Dies ist darauf zurückzuführen, dass das Hohlprofil 10 in
einer Art und Weise umgeformt worden ist, dass zwischen dem Formhohlraum 18 und
dem Hohlprofil 10 ein mit Fluid gefüllter Freiraum verbleibt. In diesem
Freiraum bildet sich ein Fluidpolster 19. Darüber besitzt
der Formhohlraum 18 Riefen 20, die sich in diesem
Ausführungsbeispiel
mittig im Obergesenk 15 und im Untergesenk 17 befinden
und sich gewissermaßen
in Längsrichtung
des Formhohlraums 18 erstrecken. Diese Riefen 20 sind
nicht dafür
vorgesehen, im Rahmen des Innenhochdruckumformverfahrens als Kontur
für das
Hohlprofil zu dienen, sondern dafür, das Hydraulikfluid aus dem
Fluidpolster 19 abzuleiten, wenn der Innendruck p im Inneren
des Hohlprofils 10 während
der Innenhochdruckumformung steigt und sich das Hohlprofil 10 weitet.
Im seitlichen Bereich kann die Ableitung des Hydraulikfluids aus dem
Fluidpolster 19 über
einen Spalt 21 erfolgen, der sich zwischen Obergesenk 15 und
Untergesenk 17 befindet. Der Spalt 21 ist so schmal,
dass bei der Innenhochdruckumformung kein Material des Hohlprofils 10 in
den Spalt 21 eindringt. Gleiches gilt für die Riefen 20. Selbstverständlich ist
es möglich,
auch mehrere Riefen 20 im Obergesenk 15 und/oder
Untergesenk 17 vorzusehen. Der Querschnitt der Riefen und
Spalten ist in besonderer Weise angepasst, und zwar derart, dass
das Hydraulikfluid nur mit reduzierter Strömungsgeschwindigkeit aus den
Fluidpolstern 19 abströmen
kann. Ziel ist es, das Fluidpolster 19 bei kontinuierlich
abnehmender Fluidmenge kontrolliert über einen Zeitraum aufrechtzuerhalten, nämlich zumindest
so lange, bis das Nachführen
eines Abdichtdorns abgeschlossen ist.
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Der
in 2 dargestellte Querschnitt bezieht sich auf denjenigen
Bereich des Hohlprofils 10, der nur geringfügig durch
Innenhochdruckumformung aufgeweitet wird, und zwar insofern, dass
er lediglich in dem Formhohlraum 18 zur Anlage gelangt
ohne im Sinne einer Wanddickenreduzierung gedehnt zu werden. Die
eigentliche Aufweitung durch Innenhochdruck erfolgt in anderen Bereichen,
wobei die dargestellte Querschnittskontur lediglich denjenigen Bereich
zeigt, der in die besagten, stärker
aufzuweitenden Bereiche nachgeschoben werden soll. Der dargestellte
Querschnitt liegt also insbesondere in einem Abdichtdorn benachbarten
Bereichen. Dort sollen die entsprechenden Riefen 20 und
Spalten 21 für die
Fluidpolster 19 vorgesehen sein.
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Die 3a–c
zeigen den Ablauf des Hydroformverfahrens. Dargestellt ist ein Längsschnitt durch
den Formhohlraum 18 der 2. In 3a ist zu erkennen, dass der Abdichtdorn 22 in
den Formhohlraum 8 eingefahren wird. Über einen Kanal 23 wird
Hydraulikfluid in den Innenraum des Hohlprofils 10 gepumpt
und ein Druck p aufgebaut. In 3b ist der
Abdichtdorn 22 in Richtung des Pfeils P1 verschoben worden,
um das Hohlprofil 10 nachzuführen. In einem nicht näher dargestellten
Bereich des Formhohlraums 18 ist eine Ausbuchtung vorgesehen,
in die das Hohlprofil 10 durch Innenhochdruckumformung
gepresst werden soll. Um dort Materialwandstärkenreduzierung zu vermeiden,
wird Material endseitig nachgeschoben. In diesen nachgeschobenen
Bereichen des Hohlprofils 10 wird das Fluidpolster 19 aufrechterhalten.
Geringe Mengen des Hydraulikfluids können aus dem Fluidpolster über Riefen 20 im
Obergesenk 15 und dem Untergesenk 17 in Richtung
des Abdichtdorns 22 aus dem Formhohlraum 18 abfließen. In
nicht näher
dargestellter Weise gilt das auch für den Spalt 21 zwischen Obergesenk 15 und
Untergesenk 17. Das Hohlprofil 10 schwimmt während dieser
Phase der Umformung, d. h. während
der Abdichtdorn 22 um den Weg W verlagert wird, gewissermaßen in dem
Hydraulikfluid und wird von den Fluidpolstern 19 getragen.
Erst bei oder nach Abschluss des Nachschiebevorgangs gelangt das
Hohlprofil 10 an dem Formhohlraum 18 zur Anlage,
wie es in 3c dargestellt ist. Der
Innendruck p hat das Hohlprofil 10 so wert aufgeweitet, dass
das Fluidpolster 19 abgebaut worden ist. Es ist zu erkennen,
dass das Hohlprofil 10 hierbei nicht in die Riefen 20 eingedrungen
ist. In der dargestellten Position ist lediglich der Nachschiebevorgang
bzw. das Nachführen
des Abdichtdorns 22 abgeschlossen. Die Aufweitung nicht
näher dargestellter
Bereiche des Hohlprofils 10 kann derweil noch fortgeführt werden,
weil der Innendruck p auch dann noch anliegt, wenn das Fluidpolster 19 abgebaut
worden ist.
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4 zeigt
ein Hohlprofil 10, dessen Ende nicht plan an dem Abdichtdorn 22 anliegt.
Der eingekreiste Bereich L zeigt, dass die Stirnfläche des
Hohlprofils 10 in der Nähe
des Obergesenks 15 im Abstand zum Abdichtdorn 22 verläuft. Dort
treten Leckagen auf. Dadurch, dass über den Kanal 23 im
Abdichtdorn 22 eine sehr große Fluidmenge befördert wird,
kann dennoch der Druck p zur Innenhochdruckumformung aufgebracht
werden. Der Bereich L ist übertrieben
groß dargestellt.
In der Praxis würde
in dem Bereich L nicht so viel Hydraulikfluid entweichen, dass der
gewünschte
Umformdruck P nicht erreicht werden könnte. Das erfindungsgemäße Verfahren
ist also auch dann durchführbar,
wenn es zu Leckageströmen
im Bereich des Abdichtdorns 22 kommt. Daher kann der Abdichtdorn 22 eine
senkrecht zur Vorschubrichtung verlaufende Stirnfläche ohne
zusätzliche
Abdichtmittel aufweisen, die in das umzuformende Hohlprofil 10 einzuführen wären. Dadurch
kann auch bei größeren Fluidpolstern
bzw. bei größeren Abständen des
vorgeformten Hohlprofils 10 von der Wandung des Formhohlraums
sichergestellt werden, dass sich das Hohlprofil quer zum Abdichtdorn 22,
d. h. in Aufweitrichtung, klemmungsfrei bewegen kann.
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Wesentlich
bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
ist die Geschwindigkeit, mit der das Fluidpolster abgebaut wird.
Dies soll anhand des Diagramms der 5 erläutert werden.
Die Kurve K1 stellt den Druckverlauf einer Presse 1 über die
Zeit mit einem elektronisch oder hydraulisch gesteuerten Drucksystem
für das
Hydroformen nach dem bekannten Stand der Technik dar. Der Druckaufbau
beginnt bei Null und steigt über
den Arbeitspunkt A des Innenhochdruckumformvorgangs bis zu dem oberen Totpunkt
B1 der Kurve K1. Anschließend
fällt der Druck über den
Druckabfallspunkt C1 bis zum Punkt D1 wieder ab.
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Die
Kurve K2 zeigt den Weg, d. h. den Hub, einer mechanischen Presse.
Bei der hier verwendeten Presse, bei welcher das Obergesenk mit
einer zusätzlichen
Kolben-Zylinder-Einheit
16 zur
Druckerzeugung ausgebildet ist, fährt der Pressenhub, nachdem
er seinen unteren Totpunkt B1 erreicht hat, weiter in Richtung des
in dem Diagramm nicht darstellbaren oberen Totpunktes über die
Druckabfallspunkte C1 und D1. Zwischen dem unteren Totpunkt B1 des
Pressenhubs, der Kurve K1 und dem Druckabfallspunkt C1 wird die
Presse noch zugehalten. Ab dem Druckabfallspunkt C1 fährt die
Presse auf, der Druck wird abgebaut und die Presse
1 öffnet das
Hydroformwerkzeug in Punkt D1. Der nicht dargestellte obere Totpunkt
OT wird ohne Zeitverzögerung
durchfahren. Die Kurve K2 zeigt den Druckverlauf einer Presse, wie
sie in der
DE
10 2005 057 863 B3 beschrieben wird. Bei der dortigen Presse
sind ein Drucksteuerungssystem und eine Druckregelung aus mindestens
einer Kolben-Zylinder-Feder-Einheit vorgesehen, wobei die Presse
mit einer weiteren Vorrichtung für
zusätzliche
Fertigungsoperationen versehen ist. In dem Zeitfenster des Druckplateaus B1-B2
werden zusätzliche
Fertigungsoperationen durchgeführt.
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Die
Kurve K3 ist eine Bewegungskurve des Abdichtdorns 22. In
der ersten Bewegungsphase im Bereich 0 bis R wird durch das umzuformende
Hohlprofil relativ wenig Widerstand geleistet. In dieser Zeitspanne
gibt es ein ausreichendes Fluidpolster zwischen dem Hohlprofil und
dem Formhohlraum. Das Teilstück
R-S ist normalerweise die kritische Strecke der gesamten Bewegungskurve,
weil in diesem Bereich das Hydraulikfluid schnell aus dem Fluidpolster
abfließt,
da sich das Hohlprofil 10 in dieser Phase an den Formhohlraum
anlegt. In der Phase S-T hält
der Abdichtdorn 22 seine Position, bis er schließlich wieder
zurückgefahren
wird (T-D2).
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Die
Kurve K4 verdeutlicht die Dicke eines Fluidpolsters. Es ist zu erkennen,
dass die Dicke zwischen dem Punkt G und dem Punkt H relativ rasch abnimmt
und insbesondere gegen Null geht, bevor der Abdichtdorn den Bereich
R-S der Bewegungskurve vollständig
durchfahren hat. Das bedeutet, dass die Flüssigkeit schnell abfließt. Es kommt
zu erhöhter Reibung
zwischen dem Werkstück
und dem Werkzeug und zu den diskutierten Nachteilen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
dass sich die Dicke des Fluidpolsters wesentlich langsamer reduziert,
wie durch die Kurve K5 dargestellt ist. Es ist zu erkennen, dass der
Abdichtdorn den Bereich R-S bereits durchfahren hat, während das
Fluidpolster noch nicht einmal auf 50% seiner Dicke reduziert worden
ist. Erst im Punkt J, der zeitlich nach dem Ende des Nachführvorgangs des
Abdichtdorns liegt, geht die Dicke des Fluidpolsters gegen Null.
Zu diesem Zeitpunkt findet allerdings keine Reibung mehr zwischen
dem Werkstück
und dem Werkzeug statt, so dass das Fluidpolster nicht weiter benötigt wird.
Entscheidend ist somit, dass der Punkt J der Kurve K5 auf der Zeitachse
auf der rechten Seite des Punktes S liegt, welcher den Endpunkt des
Nachführvorgangs
des Abdichtdorns kennzeichnet.
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Die
dargestellten Kurvenverläufe
sind rein schematisch. In der Praxis können sich Kurven anstatt der
eingezeichneten Geraden ergeben. Wesentlich ist die Aussage, dass
die Geschwindigkeit, mit welcher das Hydraulikfluid aus dem Fluidpolster
abströmt,
reduziert werden soll. Daher ist die Kurve K5 flacher als die Kurve
K4.
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- 1
- Presse
- 2
- Pressentisch
- 3
- Tauchbecken
- 4
- Befüllstation
- 5
- Vorformstation
- 6
- Hydroformstation
- 7
- Endbearbeitungsstation
- 8
- Rohmaterial
- 9
- Roboter
- 10
- Hohlprofil
- 11
- Transferbalken
- 12
- Roboter
- 13
- Fertigteil
- 14
- Pressenstößel
- 15
- Obergesenk
- 16
- Kolben-Zylinder-Einheit
- 17
- Untergesenk
- 18
- Formhohlraum
- 19
- Fluidpolster
- 20
- Riefe
- 21
- Spalt
- 22
- Abdichtdorn
- 23
- Kanal
- K1
- Kurve
- K2
- Kurve
- K3
- Kurve
- K4
- Kurve
- K5
- Kurve
- L
- Leckagebereich
- P
- Innendruck
- P1
- Pfeil
- W
- Weg