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Die Erfindung betrifft ein Formwerkzeug und ein Verfahren zum Innenhochdruckumformen zum Bilden eines Hohlelements mit einer einstückig mit einem Hohlkörper ausgebildeten, gratfreien, sich konisch verjüngenden Dichtfläche.
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Aus dem Stand der Technik ist das Fertigungsverfahren IHU [Innen-Hochdruck-Umformen] bekannt, bei welchem ein hohles Bauteil (beispielsweise ein Rohr) als Rohling in ein Formwerkzeug (beispielsweise zweiteilig, bestehend aus einem oberen Formteil und einem unteren Formteil) eingelegt wird. Das Formwerkzeug umschließt den Rohling nach dem Schließen vollständig. Der Rohling ist hierbei kleiner als der von dem Formwerkzeug eingeschlossene Raum. Anschließend wird in das Innere des Rohlings ein (in der Regel inkompressibles) Fluid gepresst. Dadurch legt sich die äußere Fläche des Rohlings plastisch an die innere Wand (Negativ-Form) des Formwerkzeugs an. Danach wird der Fluid-Druck reduziert, das Fluid evakuiert, die Werkzeugteile geöffnet und das plastisch verformte (sozusagen aufgeblasene) Bauteil entnommen. An den Trennstellen zwischen dem oberen Formteil und dem unteren Formteil (bei einem zweiteiligen Formwerkzeug) entstehen im Bauteil prozessbedingt sogenannte Formtrenngrate. Diese Formtrenngrate entstehen in diesem Prozess, weil dort während des Umformvorgangs (Aufblasen) das umzuformende Material des Rohlings in den geringen Spalt von der Kontaktebene der Formteile hinein gedrängt wird. Wenn sich an einem Erzeugnis (Hohlelement) dieses IHU-Prozesses nun eine oder mehrere über den Umfang verlaufende Dichtflächen befinden, verläuft durch diese Dichtfläche(n) eine Oberflächenstörung in Form des Formtrenngrats. Wenn jedoch eine störungsfreie Oberfläche ohne Formtrenngrat benötigt wird (wie zum Beispiel beim Einsatz einer metallischen Dichtung), dann muss an das mittels dieses IHU-Prozesses erzeugte Bauteil ein zusätzliches separates Bauteil (beispielsweise ein gedrehter Dichtflansch) gefügt werden, beispielsweise mittels Schweißen oder Löten.
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Zum Beispiel offenbart
DE 43 06 496 A1 ein Verfahren zum Herstellen eines Rohrstücks mit einer Dichtsicke mittels einer Innen-Hochdruck-Verformung.
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US 2006 / 0 065 031 A1 offenbart ferner ein Verfahren ein Werkzeug zum Herstellen eine Hohlelements mittels Innen Hochdruckverformung, bei dem das Werkzeug zwei Teilen zusammensetzbar ist und zusätzlich zwei stirnseitige Zuführzylinder umfasst, über die die Hochdruckflüssigkeit in das Hohlelement einbringbar ist.
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Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Die erfindungsgemäßen Merkmale ergeben sich aus den unabhängigen Ansprüchen, zu denen vorteilhafte Ausgestaltungen in den abhängigen Ansprüchen aufgezeigt werden. Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, welche ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Formwerkzeug nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 7 gelöst.
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Ein mittels eines erfindungsgemäßen Formwerkzeug und/oder einem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbares Hohlelement für ein Leitungssystem, weist
einen Hohlkörper und zumindest einen Anschluss mit einer Dichtfläche, welche mittels Innenhochdruckumformen gebildet sind, auf.
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Das Hohlelement ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtfläche mit dem Hohlkörper einstückig und gratfrei gebildet ist.
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In der vorhergehenden und nachfolgenden Beschreibung verwendete Ordinalzahlen dienen, sofern nicht explizit auf das Gegenteilige hingewiesen wird, lediglich der eindeutigen Unterscheidbarkeit und geben keine Reihenfolge oder Rangfolge der bezeichneten Komponenten wieder. Eine Ordinalzahl größer eins bedingt nicht, dass zwangsläufig eine weitere derartige Komponente vorhanden sein muss.
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Das hier vorgeschlagene Hohlelement ist beispielsweise eine geschlossene Kammer oder ein Leitungselement, beispielsweise ein Rohr, wobei meist mittels des Innenhochdruckumformens ein nicht-konstanter (aber bei einem Rohr bevorzugt hydraulisch konstanter) Querschnitt erzeugt ist. Das Hohlelement weist zumindest einen Anschluss, als Leitungselement zwei oder mehr Anschlüsse, auf. Ein solcher Anschluss weist einen Strömungsquerschnitt mit einer normal darauf ausgerichteten Anschluss-Achse auf. Ein solcher Strömungsquerschnitt des Anschlusses ist in der von der Dichtfläche aufgespannten Ebene und/oder dem offenen Ende des Anschlusses und/oder parallel dazu definiert.
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Zumindest einer dieser Anschlüsse ist mit einer Dichtfläche versehen, sodass mit dem (von dem Hohlkörper wegweisenden) offenen Ende des Anschlusses eine fluid-
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dichte Verbindung zu einem weiteren (ein Fluid führenden, schaltenden, aufnehmenden und/oder abgebenden) Element eines Leitungssystems schaffbar ist, bevorzugt mittels einer metallischen Dichtung wie beispielsweise bei einer Hochtemperatur-Anwendung, wie in einer Abgasleitung. Der Hohlkörper schließt sich einstückig an den Anschluss an und ist (zumindest während des Innenhochdruckumformens) außerhalb der Verbindung zu dem (zumindest einen) Anschluss vollständig geschlossen. Ein Einströmen beziehungsweise Ausströmen eines (zu führenden oder zumindest des Prozess-) Fluids ist dann einzig über den zumindest einen Anschluss möglich.
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Hier ist nun vorgeschlagen, dass die Dichtfläche einstückig mit dem Anschluss und damit mit dem Hohlkörper gebildet ist, wobei die Dichtfläche gratfrei gebildet ist. Dies ist erreicht, indem das Formwerkzeug im Bereich zum Bilden der Dichtfläche nahtfrei ist, also dort kein Spalt zwischen zwei (oder mehr) Formteilen vorliegt. Vielmehr ist ein solcher Spalt in einen Bereich außerhalb desjenigen Anteils der Negativ-Form des Formwerkzeugs, welcher zum Bilden von der Dichtfläche eingerichtet ist. Dafür ist eine Kontaktebene zwischen zumindest zwei Formteilen seitlich versetzt zu der (und beispielsweise parallel zu) der Dichtebene der Dichtfläche gebildet. In einer Ausführungsform umfasst das Formwerkzeug dazu drei oder mehr Formteile. Die Anzahl der Formteile ist von der Einsetzbarkeit des Rohlings (zum Bilden des Hohlelements) und der Entformbarkeit des Hohlelements aus dem Formwerkzeug abhängig.
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Eine gratfreie, und damit störungsfreie, Dichtfläche ist bei geeigneter Ausführung für die Aufnahme einer Dichtung, und bevorzugt einer metallischen Dichtung, geeignet. Eine metallische Dichtung erlaubt einen Einsatz des Hohlelements in einem Hochtemperaturbereich. Eine metallische Dichtung in Form von einer Metall-Sicken-Dichtung oder Schmiegungsdichtung erzielt eine Dichtwirkung aufgrund eines Linienkontakts, welcher bei der Verpressung zwischen dem Dichtkörper und der korrespondierenden Dichtfläche auftritt. Dafür sind im Vergleich zu einer Dichtstelle mit einer weichen Dichtung, beispielsweise aufweisend gummi-elastische Dichtungsoberflächen, hohe Fertigungsqualitäten, wie eine geringe Rauheit und vor allem eine Gratfreiheit, erforderlich. Der bisher üblicherweise zusätzliche Dichtflansch zum Bilden der konventionellen Dichtfläche ist damit einsparbar, welcher die Probleme einer zusätzlichen Komponente, welche mit einem weiteren Verfahren zu erzeugen ist, sowie des (thermischen) Fügens mit Verbindungstoleranzen und gegebenenfalls thermisch bedingtem Verzug und Materialschwächung mit sich bringt.
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Ein solches Hohlelement ist beispielsweise als Rohrabschnitt im Unterbodenbereich eines Kraftfahrzeugs einsetzbar, bevorzugt als Verbindungselement zwischen zwei Abgasreinigungskomponenten (beispielsweise einem Katalysator und einem Partikelfilter). Ein Rohrabschnitt mit einer solchen gratfreien Dichtfläche ist sinnvollerweise auch an anderen Fügestellen zweckmäßig, bei welchen es auf eine möglichst dichte Verbindung mit geringstmöglichen Leckageraten ankommt. Im vorhergehend beschriebenen Einsatzfall in einer Abgasanlage sind solche möglichst dichten Verbindungen alle Fügestellen vor oder zwischen den Abgasreinigungskomponenten, weil das Austreten von (ungereinigtem) Abgas in die Umwelt vermieden werden muss und bei denen eine Schelle als Verbindungselement verwendet werden soll. Andere Einsatzmöglichkeiten sind dort, wo Fluidströme (beispielsweise in einem Kraftfahrzeug für unter anderem Luft, Kühlwasser und Kraftstoff) in einer Leitung mit einer solch dichten Fügestelle und daher einer solchen gratfreien Dichtfläche ausgeführt sein müssen. Darüber hinaus ist diese gratfreie Dichtfläche bei vielen Industrieanwendungen einsetzbar, wo es auch auf eine sehr gute Dichtheit und einfache Montierbarkeit beziehungsweise geringe Kosten ankommt. Beispielsweise ist im Lebensmittelbereich, wo idealerweise keine zusätzlichen Dichtmittel auf Fügestellen aufgebracht werden sollen beziehungsweise dürfen, eine solche gratfreie Dichtfläche im Zusammenspiel mit einer metallischen Dichtung vorteilhaft.
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Die Dichtfläche eines erfindungsgemäßen Hohlelements ist hin zu dem offenen Ende des betreffenden Anschlusses konisch-verjüngend gebildet.
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Bei dieser Ausführungsform ist ein schnelles Zusammensetzen des Formwerkzeugs für das Innenhochdruckumformen und zudem eine schnelle Entformbarkeit des Hohlelements aus dem Formwerkzeug erzielbar. Derjenige Anteil des Formwerkzeugs, mit welchem die umlaufend gratfreie Dichtfläche gebildet wird und welcher zu diesem Zweck umlaufend nahtfrei gebildet ist, ist somit quer zu der Kontaktebene von zwei im Übrigen konventionell ausgeführten Formteilen beziehungsweise zu einer Querebene zu der Richtung der Schließbewegung der beiden Formteile ausrichtbar. Beispielsweise ist die Kontaktebene beziehungsweise die Querebene der zwei (im Übrigen konventionell ausgeführten) Formteile (etwa) quer zu dem Querschnitt des (offenen Endes des) Anschlusses und (etwa) parallel zu der Längenerstreckung und/oder der Anschluss-Achse ausgerichtet.
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Derjenige Anteil des Formwerkzeugs, mit welchem die umlaufend gratfreie Dichtfläche gebildet wird, ist beispielsweise bei einem (im Übrigen konventionellen) Formwerkzeug mit einem ersten Formteil und einem zweiten Formteil ein zusätzlicher Formaufsatz. Dieser Formaufsatz ist bei dieser Ausführungsform der Dichtfläche mit dem ersten oder dem zweiten Formteil (über mehrere Prozesszyklen) dauerhaft verbunden oder einstückig gebildet. Der Formaufsatz ragt beispielsweise über die übrige Kontaktebene zwischen dem ersten Formteil und dem zweiten Formteil hinaus in das jeweils andere Formteil hinein. Der Rohling wird in den Formaufsatz seitlich, also quer zu der Dichtebene der zu bildenden Dichtfläche, eingeschoben und der gebildete Anschluss des erzeugten Hohlelements wird beim Entformen unter einem Winkel zu der Anschluss-Achse entnommen. Dazu ist eine konisch-verjüngende Form des Anschlusses (entlang der Anschluss-Achse) hin zu dem offenen Ende des Anschlusses (also weg von dem Hohlkörper) notwendig.
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Der Winkel zum Entnehmen des Hohlelements beziehungsweise die Neigung der konisch-verjüngenden Form ist davon abhängig gewählt, wie die Gesamtform (beispielsweise die Länge) des Hohlelements ausgeführt ist, wodurch ein notwendiger Entnahmewinkel bestimmt ist. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass eine plastische Kaltverformung stets über die Elastizitätsgrenze hinaus ausgeführt werden muss, sodass also nach Abbau des Innendrucks (Formdrucks) im Inneren des Hohlelements das Hohlelement etwas (einwärts) zurückfedert, also ein Untermaß gegenüber der Negativ-Form des Formwerkzeugs aufweist. Damit ist ein Entnehmen des Hohlelements mit einer zylindrischen Form des Anschlusses auch mit einem leichten Neigungswinkel möglich. Eine sich konisch-verjüngende Form des Anschlusses ist zudem dann nicht notwendig, wenn der Formaufsatz separat gebildet ist, also aus dem betreffenden Formteil entnehmbar oder mit diesem gelenkig verbunden ist.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Hohlelements vorgeschlagen, dass das Hohlelement ein Rohrabschnitt ist, bevorzugt für eine Abgasanlage einer Verbrennungskraftmaschine.
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Bei dieser Ausführungsform ist das Hohlelement als Rohrabschnitt mit (zumindest) zwei Anschlüssen zum Leiten eines Fluids gebildet, wobei zumindest einer der Anschlüsse wie oben beschrieben ausgeführt ist. Über die Anschlüsse wird beim Innenhochdruckumformen ein Prozess-Fluid eingegeben oder das Ausfließen des Prozess-Fluids während des Aufblasens verhindert, sodass ein erforderlicher Formdruck im Inneren des Rohlings (und für eine ausreichend plastische Verformung in dem Hohlelement) erzeugbar ist.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Rohrabschnitt für eine Abgasanlage einer Verbrennungskraftmaschine eingerichtet. Dieser Rohrabschnitt ist gasdicht mit einer weiteren Komponente der Abgasanlage verbindbar und zugleich ist eine für die in einer Abgasanlage üblichen hohen Temperaturen geeignete (metallische) Dichtung einsetzbar. Beispielsweise ist dieser Rohrabschnitt in einer solchen Abgasanlage nah an oder unmittelbar anschließend an einen Abgaskrümmer angeordnet oder von diesem Rohrabschnitt selbst der Abgaskrümmer beziehungsweise ein Teil des Abgaskrümmers gebildet. In einer Ausführungsform ist der Rohrabschnitt als Verbindungselement zwischen zwei Abgasreinigungskomponenten (beispielsweise einem Katalysator und einem Partikelfilter) angeordnet.
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Erfindungsgemäß ist ein Formwerkzeug zum Innenhochdruckumformen eines Hohlelements nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung vorgeschlagen, aufweisend
- - ein erstes Formteil;
- - ein zweites Formteil; und
- - einen umlaufend geschlossenen Formaufsatz,
wobei von den Formteilen und dem Formaufsatz die Negativ-Form für das Hohlelement gebildet ist,
wobei von dem Formaufsatz derjenige Anteil der Negativ-Form zum Bilden der Dichtfläche des Hohlelements umlaufend nahtfrei gebildet ist.
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Das Formwerkzeug ist in einer Anlage (beispielsweise eine hydraulische Presse) einsetzbar, mittels welcher die Drücke erzeugbar und die auf die Formteile einwirkenden Trennkräfte infolge des Formdrucks im Inneren des Rohlings (beziehungsweise des späteren Hohlelements) gegenlagerbar sind. Die entsprechenden Schließkräfte werden bevorzugt von externen Elementen auf das Formwerkzeug aufgebracht, und zwar besonders bevorzugt von im Erdschwerefeld oben und unten. Es sei hier darauf hingewiesen, dass das Hohlelement nach Abschluss des Verfahrens in dem Formwerkzeug (also nach der Entnahme) noch nachbearbeitet wird, also das entnommene Hohlelement nicht dem Endprodukt entspricht. Vielmehr ist der zumindest eine für eine kostengünstige Ausführung des Verfahrens zum Zuführen des Prozess-Fluids erforderliche endseitige (also Anschluss-seitige) Rohrüberstand zu entfernen, beispielsweise abzuschneiden.
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Das hier vorgeschlagene Formwerkzeug erlaubt eine besonders einfache und kostengünstige Fertigung des Hohlelements in einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung. Beispielsweise ist das Formwerkzeug insoweit wie ein konventionelles Formwerkzeug aufgebaut, dass das erste Formteil und das zweite Formteil mit einer Kontaktebene während des Aufblasens des Rohlings aufeinander gesetzt sind, wobei die Kontaktebene (beziehungsweise Trennebene) der beiden Formteile beispielsweise (etwa) parallel zu der Längenerstreckung des zu erzeugenden Hohlelements und/oder zu der Anschluss-Achse des zu bildenden Anschlusses des Hohlelements oder zu einer Querebene zu der Richtung der Schließbewegung der beiden Formteile ausgerichtet ist.
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Hingegen der Formaufsatz ist umlaufend (um die Anschluss-Achse) nahtfrei gebildet, sodass in der Dichtebene der Dichtfläche des Anschlusses des Hohlelements beim Aufblasen kein Formtrenngrat gebildet wird. Der Formaufsatz wird (etwa) anschluss-axial auf den Rohling aufgesetzt beziehungsweise der Rohling (etwa) anschluss-axial in den Formaufsatz eingeschoben, sodass der Formaufsatz (nach dem Aufblasen) im Bereich der Dichtfläche des Anschlusses umlaufend (um die Anschluss-Achse) nahtfrei anliegt. In einer Ausführungsform ist der Formaufsatz ein (beispielsweise drittes) separates Element des Formwerkzeugs, welches vor oder nach dem Einsetzen des Rohlings in das (beispielsweise erste) Formteil auf den Rohling aufgebracht wird. Der Formaufsatz ist von zumindest einem (bevorzugt von beiden) der Formteile in dem Formwerkzeug prozesssicher positioniert gehalten oder von einer externen Haltevorrichtung. Die externe Haltevorrichtung ist bevorzugt zugleich zum prozesssicheren Halten zumindest einer der (bevorzugt beider) Formteile eingerichtet.
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Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass das Formwerkzeug bevorzugt ausschließlich die genannten drei formgebenden Elemente umfasst, also die zwei Formteile und den Formaufsatz. Unabhängig davon ist in das Formwerkzeug integriert oder separat dazu eine Halteeinrichtung vorgesehen, mittels welcher der Rohling in der gewünschten relativen Lage zu der Negativ-Form des Formwerkzeugs positioniert ist und gegebenenfalls eine Materialnachfuhr für die Verformung im Inneren des Formwerkzeugs ermöglicht ist.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Formwerkzeugs vorgeschlagen, dass der Formaufsatz mit einem der Formteile einstückig gebildet ist, wobei bevorzugt der die Dichtfläche abbildende Anteil der Negativ-Form für ein Hohlelement mit einer hin zu dem offenen Ende des betreffenden Anschlusses konisch-verjüngend gebildeten Dichtfläche eingerichtet ist.
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Das Formwerkzeug ist derart eingerichtet, sodass die Anzahl der Formteile auf (bis runter auf) zwei reduzierbar ist. Beispielsweise ist in das in einer Anwendung untere (beispielsweise das erste) Formteil der Formaufsatz integriert. Der Formaufsatz ist also kein separates Element des Formwerkzeugs. Der Anteil der Negativ-Form zum Bilden der Dichtfläche ist somit Bestandteil des betreffenden Formteils. Beim Einsetzen des Rohlings zum Bilden des Hohlelements wird dann gleich der entsprechende Bereich in den Formaufsatz anschluss-axial eingeschoben. In dem entsprechenden Bereich ist später der Anschluss mit der (gegebenenfalls sich konisch-verjüngenden) Dichtfläche gebildet. Bei dem Entnehmen des (gebildeten) Hohlelements ist aufgrund des (elastischen) Rückfedereffekts und/oder aufgrund der konisch-verjüngenden Form eine leichte Neigung zu der anschluss-axialen Richtung möglich. Damit ist ein Entformen der Hohlelements möglich, obwohl der Anteil zum Bilden der Dichtfläche umlaufend nahtfrei gebildet ist, und also zu der Seite des anderen (beispielsweise zweiten) Formteils geschlossen ist.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Formwerkzeugs vorgeschlagen, dass der Formaufsatz gelenkig mit zumindest einem der Formteile verbunden ist.
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Bei dieser Ausführungsform ist der Formaufsatz zwar ein separates Element des Formwerkzeugs, jedoch mit zumindest einem, bevorzugt einem einzigen, Formteil gelenkig verbunden. Damit ist die Handhabung des Formwerkzeugs (beziehungsweise der Formteile) beim Ausführen des Verfahrens zum Innenhochdruckumformen vereinfacht und zugleich ist der Rohling in den Formaufsatz einfach einführbar und zum Schluss das Hohlelement nahezu unabhängig von seiner individuellen Form auch wieder einfach entnehmbar. Die gelenkige Verbindung ist ein einfaches Klappscharnier oder umfasst (zusätzlich oder alternativ) ein Schiebegelenk für eine (gegebenenfalls rein) translatorische Bewegung des Formaufsatzes relativ zu dem gelenkig angebundenen Formteil. Eventuell notwendige zusätzliche Spalte im Inneren des Formwerkzeugs für die relative Bewegbarkeit des Formaufsatzes sind beispielsweise mittels (in einem solchen Umformverfahren üblicherweise eingesetzter) Gummi-Matten einfach abdichtbar.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Innenhochdruckumformen zum Herstellen eines Hohlelements nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung mittels eines Formwerkzeugs nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung vorgeschlagen, aufweisend die folgenden Schritte:
- a. Bereitstellen eines beströmbaren Rohlings;
- b. Einsetzen des Rohlings in das erste Formteil des Formwerkzeugs;
- c. mit, vor oder nach Schritt b., zum Bilden der Dichtfläche Aufsetzen des umlaufend geschlossenen Formaufsatzes auf den Rohling;
- d. mit, vor oder nach Schritt c., Aufsetzen des zweiten Formteils auf das erste Formteil;
- e. mittels eines Fluids, Aufbauen eines Formdrucks im Inneren des Rohlings bis die von dem Formwerkzeug vorgegebene Negativ-Form von dem Rohling abgeformt ist, sodass aus dem Rohling das Hohlelement gebildet ist; und
- f. Auslassen des Fluids und Entnehmen des Hohlelements aus dem Formwerkzeug und aus dem Formaufsatz.
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Das hier vorgeschlagene Verfahren ist mit einem Formwerkzeug gemäß einer Ausführungsform nach der obigen Beschreibung auszuführen. Mittels dieses Verfahrens wird ein Hohlelement in einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung erzeugt, wobei darauf hinzuweisen ist, dass gegebenenfalls weitere Nachbearbeitungsschritte notwendig sind, um das Hohlelement in seinem (für den Einbau in einer vorgesehenen Anwendung gewünschten) Endzustand zu erhalten.
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Es sei weiterhin darauf hingewiesen, dass mit einer Ausführungsform des Formwerkzeugs unterschiedliche Verfahrensabläufe (beispielsweise Reihenfolge der Schritte) abbildbar sind oder auch ausschließlich ein einziger Verfahrensablauf möglich ist. Beispielsweise bei einem Formwerkzeug mit einem in eines der Formteile integrierten Formaufsatz ist einzig Schritt b. und Schritt c. gleichzeitig ausführbar. Bei einer entsprechenden Form des Rohlings (beispielsweise anschluss-axial etwa gerade, also nahezu ohne Krümmung) ist auch zugleich Schritt d. ausführbar, indem der Rohling anschluss-axial in das bereits (bevorzugt vollständig) zusammengesetzte Formwerkzeug eingeschoben wird. Bei einer Ausführungsform mit einem separaten Formaufsatz ist Schritt c. bevorzugt vor Schritt b. ausgeführt. Unabhängig davon ist bei einer Ausführungsform mit einem separaten Formaufsatz in Schritt f. bevorzugt das Hohlelement mitsamt dem Formaufsatz aus den Formteilen entnommen, bevor der Formaufsatz von dem Hohlelement abgezogen wird.
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Der in Schritt a. bereitgestellte Rohling (beispielsweise ein Rohrelement, beispielsweise längsnaht-geschweißt) ist bei einigen Anwendungen des Verfahrens zum Innenhochdruckumformen bereits einfach oder mehrfach vorbearbeitet, beispielsweise gebogen und/oder verprägt. Der Rohling ist stets (zumindest abschnittsweise) kleiner als die von dem Formwerkzeug gebildete Negativ-Form, sodass mittels Schritt e. mit dem Formdruck des (Prozess-) Fluids der Rohling (bezogen auf eine neutrale Achse) nach (etwa) radial-außen dehnbar ist, also von dem Formdruck des Fluids aufgeblasen wird. Ein geeignetes Fluid zum Erzeugen des Formdrucks ist in der Regel (näherungsweise) inkompressibel, bevorzugt eine Flüssigkeit, beispielsweise Wasser oder eine Wasser-ÖI-Emulsion. Es sei darauf hingewiesen, dass in Schritt e. das Formwerkzeug mittels äußerer Schließkräfte entgegen dem Formdruck im Inneren des Rohlings (beziehungsweise später des Hohlelements) zusammengehalten ist.
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In Schritt f. wird zunächst der Druck im Inneren des Hohlelements normalisiert. Das Entnehmen findet bevorzugt erst dann statt, wenn das (Prozess-) Fluid (zumindest nahezu) vollständig evakuiert ist. Das Entnehmen wird wie vorhergehend erläutert in Abhängigkeit von der Ausführungsform des Formwerkzeugs ausgeführt, also Schritt b. bis Schritt d. in Schritt f. beispielsweise entsprechend invers ausgeführt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, aufweisend zum mittelbaren oder unmittelbaren Vortrieb des Kraftfahrzeugs eine Verbrennungskraftmaschine mit einer zum Ableiten von Abgasen angeschlossenen Abgasanlage, welche von einem Leitungssystem umfassend zumindest einen von einem Hohlelement nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung gebildeten Rohrabschnitt gebildet ist.
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Die Verbrennungskraftmaschine ist bei der hier vorgeschlagenen Ausführungsform zum Vortrieb des Kraftfahrzeugs eingerichtet. Das Kraftfahrzeug ist mit seinen Komponenten hier nur rudimentär dargestellt und beispielsweise im Übrigen konventionell ausgeführt. Die (Vortriebs-) Räder sind beispielsweise zwei Räder einer gemeinsamen Fahrzeugachse, beispielsweise der Hinterradachse eines vierrädrigen Kraftfahrzeugs, und mittels eines Antriebsstrangs, bevorzugt trennbar, mit der Verbrennungskraftmaschine drehmomentübertragend verbunden. Die Abgasanlage ist zum Ableiten von Abgas aus der Verbrennungskraftmaschine eingerichtet und zu diesem Zweck von einem Leitungssystem gebildet. Das Leitungssystem ist bevorzugt gasdicht und (positionsabhängig) mit für einen Hochtemperatureinsatz geeigneten Materialien (beispielsweise Stahl) beziehungsweise Wandaufbauten (beispielsweise mit einer Doppelwandung) gebildet. Das Hohlelement ist als ein Rohrabschnitt in dem Leitungssystem angeordnet und mit den unmittelbar angrenzenden Elementen des Leitungssystems (bevorzugt gasdicht) verbunden.
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Mit dem hier vorgeschlagenen Hohlelement ist bei dem besagten Anschluss eine hochtemperaturfeste (beispielsweise metallische) Dichtung einsetzbar, wobei das Hohlelement beziehungsweise dessen (gratfreie, also störungsfreie) Dichtfläche einstückig und kostengünstig mit dem übrigen Hohlelement erzeugt ist, wobei mittels eines Verfahrens zum Innenhochdruckumformen nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung das Verfahren zudem schnell und mit einem geringen Aufwand erzeugbar ist.
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Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, welche bevorzugte Ausgestaltungen zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass die Zeichnungen nicht maßhaltig sind und zur Definition von Größenverhältnissen nicht geeignet sind. Es wird dargestellt in
- 1: ein Rohling für ein Hohlelement;
- 2: der Rohling gemäß 1 in einem verprägten Zustand;
- 3: der Rohling gemäß 2 mit Formaufsatz;
- 4: der Rohling gemäß 3 mit aufgesetztem Formaufsatz;
- 5: ein Formwerkzeug mit eingesetztem Rohling gemäß 4;
- 6: das Formwerkzeug gemäß 5 beim Bilden des Hohlelements;
- 7: das Formwerkzeug gemäß 5 nach dem Bilden eines Hohlelements;
- 8: das Hohlelement gemäß 7 mit aufgesetztem Formaufsatz;
- 9: das Hohlelement gemäß 8 mit abgezogenem Formaufsatz;
- 10: das Hohlelement gemäß 9 im beschnittenen Zustand; und
- 11: ein Kraftfahrzeug mit einer Abgasanlage.
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In 1 ist ein Rohling 14 für ein Hohlelement 1 (vergleiche 6 bis 10) dargestellt. Der Rohling 14 umfasst einen Hohlkörper 3, welcher über einen Anschluss 4 und einen Zweitanschluss 16 mit einem (Prozess-) Fluid beströmbar ist und im Übrigen vollständig geschlossen ist. Der Anschluss 4 mit seinem offenen Ende 6 beziehungsweise seine Anschluss-Achse 17 weist darstellungsgemäß nach rechts aus der Bildebene. Der Rohling 14 ist beispielsweise ein (ursrpünglich gerades, beispielsweise längsnaht-geschweißtes oder strang-gegossenes) Rohrelement, welches bereits mittels Rohrbiegen in die dargestellte Form gebracht ist.
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In 2 ist der Rohling 14 gemäß 1 dargestellt, wobei hier (optional einzig) der Hohlkörper 3 verprägt ist. Beispielsweise wird der Rohling 14 in diesem Zustand in einem Schritt a. des Verfahrens zum Innenhochdruckumformen bereitgestellt.
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In 3 ist der Rohling 14 gemäß 2 und ein umlaufend geschlossener (nahtfreier) Formaufsatz 12 gezeigt. Der Formaufsatz 12 ist, wie in Schritt c. beschrieben, zum Bilden einer Dichtfläche 5 (vergleiche 10) eingerichtet. Der Formaufsatz 12 wird bei dieser Ausführungsform des Verfahrens zum Innenhochdruckumformen entlang der anschluss-axialen Aufschubrichtung 18 auf den Anschluss 4 von dessen offenen Ende 6 her aufgesetzt, wobei die relative Position wie in 4 dargestellt eingestellt wird. (Hier optional) ist unmittelbar an den (von dem Formaufsatz 12 gebildeten) Anteil 13 der Negativ-Form (vergleiche 5) anschließend angeordnet ist, welcher zum Bilden der Dichtfläche 5 eingerichtet ist, eine Positionierfläche 19 vorgesehen.
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In 4 ist der Rohling 14 gemäß 3 mit (positioniert) aufgesetztem Formaufsatz 12 gezeigt. So wird der Rohling 14 zusammen mit dem positioniertem Formaufsatz 12 in dem in 5 dargestellten Zustand gemäß Schritt b. des Verfahrens zum Innenhochdruckumformen in das erste Formteil 10 und in das zweite Formteil 11 eingesetzt.
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In 5 ist ein Formwerkzeug 9 gezeigt, in welchem der Rohling 14 samt Formaufsatz 12 gemäß 4 eingesetzt ist. Das Formwerkzeug 9 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel (bevorzugt ausschließlich) ein erstes Formteil 10, ein zweites Formteil 11 und den Formaufsatz 12. Beispielsweise ist der Rohling 14 samt Formaufsatz 12 zunächst in das (beispielsweise im Erdschwerefeld untere) erste Formteil 10 eingesetzt und anschließend das zweite Formteil 11 (beispielsweise von oben) aufgesetzt (vergleiche beispielsweise 7). Zwischen den beiden Formteilen 10,11 ist eine etwa waagerechte Kontaktebene 20 (Trennfläche) gebildet. Der Formaufsatz 12 ist bei dieser Ausführungsform des Formwerkzeugs 9 in dem ersten Formteil 10 mittels einer korrespondierenden ersten Aufnahme 21 und in dem zweiten Formteil 11 mittels einer korrespondierenden zweiten Aufnahme 22 relativ zu beiden Formteilen 10,11 fixiert positioniert, und zwar sowohl in Richtung der Schließkraft 23 als auch in jeder Richtung in der Kontaktebene 20, unter anderem anschluss-axial. Der Rohling 14 zum Bilden des Hohlelements 1 ist somit in dem Formwerkzeug 9 gemäß den Schritten b. bis d. positioniert. Die beiden Formteile 10,11 werden von einem äußeren Werkzeug (hier nicht dargestellt) mit einer geeigneten Schließkraft 23 sicher positioniert gegeneinander gehalten. Es ist deutlich erkennbar, dass der Rohling 14 zumindest größtenteils eine geringere radiale Abmessung aufweist als die von den Formteilen 10,11 und dem Formaufsatz 12 gebildete Negativ-Form.
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In 6 ist das Formwerkzeug 9 gemäß 5 beaufschlagt mit den Schließkräften 23 (vergleiche 5) dargestellt. Nun wird hier gemäß Schritt e. mittels eines (Prozess-) Fluids ein Formdruck im Inneren des Rohlings 14 aufgebaut, indem das Prozess-Fluid über den Anschluss 4 wie auch über den Zweitanschluss 16 zugeführt wird. Diese Zufuhr 24 von Prozess-Fluid ist hier rein schematisch mit den ins Innere des Hohlelements 1 weisenden Pfeilen dargestellt. Der Hohlkörper 3 und der Anschluss 4 im Bereich der zu bildenden Dichtfläche 5 (und gegebenenfalls weitere Abschnitte des Rohlings 14) werden von dem Formdruck nach radial-außen gegen die Negativ-Form gepresst und damit (über die Elastizitätsgrenze hinaus) plastisch in die gewünschte Form gebracht.
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In 7 ist das Formwerkzeug 9 gemäß 5 beziehungsweise 6 nach dem Bilden eines Hohlelements 1 gezeigt, wobei bereits das (Prozess-) Fluid ausgelassen oder zumindest der Formdruck abgebaut ist und das zweite Formteil 11 abgenommen ist und daher nicht dargestellt ist. Anschließend wird bei dieser Ausführungsform des Verfahrens zum Innenhochdruckumformen das Hohlelement 1 samt Formaufsatz 12 aus dem ersten Formteil 10 entnommen. Damit ist ein erster Teil von Schritt f. durchgeführt. Hierbei ist schon die Lage eines Formtrenngrats 25 bei dem Hohlkörper 3 sichtbar, welcher sich entlang der Kontaktebene 20 der beiden Formteile 10,11 erstreckt, weil beim Anlegen des Formdrucks gemäß Schritt e. das Material des Rohlings 14 in diesen Spalt plastisch eingepresst wird.
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In 8 ist das nun auch aus dem ersten Formteil 10 entnommene Hohlelement 1 gemäß 7 mit noch aufgesetztem Formaufsatz 12 gezeigt.
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In 9 ist das Hohlelement 1 gemäß 8 mit dem entlang der anschluss-axialen Abziehrichtung 26 abgezogenem Formaufsatz 12 gezeigt. Der Schritt f. ist somit abgeschlossen. Während im Bereich des Hohlkörpers 3 (und des Zweitanschlusses 16) ein Formtrenngrat 25 gebildet ist, ist der Anschluss 4 bei dieser speziellen Ausführungsform vollständig, und damit die Dichtfläche 5, gratfrei gebildet. Dies ist dadurch erreicht, dass der Formaufsatz 12 (hier optional über die gesamte anschluss-axiale Erstreckung) umlaufend geschlossen und nahtfrei gebildet ist.
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In 10 ist das Hohlelement 1 gemäß 9 in einem Endzustand gezeigt, bei welchem die für den Einsatz überflüssigen Endstücke bei dem Anschluss 4 (und bei dem Zweitanschluss 16) abgeschnitten sind. Der Formtrenngrat 25 ist hier mit einer Linie gezeigt. Weiterhin ist hier mit einer gestrichelten Linie im Bereich der Dichtfläche 5 die Lage eines (konventionellen) Formtrenngrats 27, wie er gebildet würde, wenn der Anteil 13 der Negativ-Form zum Bilden der Dichtfläche 5 von den beiden Formteilen 10,11 gebildet würde (vergleiche 5 oder 6). Ein solcher konventioneller Formtrenngrat 27 wird mit diesem Verfahren beziehungsweise Formwerkzeug 9 zum Bilden des dargestellten Hohlelements 1 mittels Innenhochdruckumformen nicht gebildet. Vielmehr ist eine störungsfreie Oberfläche geschaffen, welche (nachbearbeitungsfrei) für den unmittelbaren dichtenden Kontakt mit einer metallischen Dichtung geeignet ist.
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In 11 ist ein Kraftfahrzeug 15 mit einer Abgasanlage 7 für eine Verbrennungskraftmaschine 8 in einer Draufsicht gezeigt. Die hier (optional) im Heck des vierrädrigen Kraftfahrzeugs 15 angeordnete Verbrennungskraftmaschine 8 ist mit einem auf einer gemeinsamen Fahrzeugachse linken (Vortriebs-) Rad 28 und einem rechten (Vortriebs-) Rad 29 drehmomentübertragend verbunden. Im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 8 wird das Abgas über das Leitungssystem 2 der Abgasanlage 7 über das Endrohr 30 an die Umgebung (in der Regel unter anderem katalytisch nachbehandelt) abgeführt, und gegebenenfalls zu einem Teil bedarfsabhängig und lastabhängig (beispielsweise mittels eines Turboladers) in die Verbrennungskraftmaschine 8 rückgeführt.
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Mit dem hier vorgeschlagenen Hohlelement ist einstückig eine gratfreie, und damit störungsfreie, Dichtfläche erzeugt, welche für die Aufnahme einer metallischen Dichtung geeignet ist.
