DE102020134557A1

DE102020134557A1 - Process and device for high-pressure forming of workpieces

Info

Publication number: DE102020134557A1
Application number: DE102020134557.7A
Authority: DE
Inventors: Markus Werner
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2020-12-22
Filing date: 2020-12-22
Publication date: 2022-06-23
Also published as: EP4267322A1; WO2022136123A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung umfasst eine Vorrichtung zur Hochdruckumformung von Werkstücken (8), insbesondere zur Herstellung von Wärmetauscherplatten und Bipolarplatten. Die Vorrichtung umfasst eine Form mit einem Formgebungsabschnitt (4, 11) und ein Fluidbecken (5), zwischen denen das Werkstück (8) zur Hochdruckumformung anordenbar ist. Die Vorrichtung ist konfiguriert, um in dem Fluidbecken (5) einen Hochdruck-Impuls zu erzeugen, sodass das Werkstück (8) durch den Hochdruck-Impuls durch den Formgebungsabschnitt (4, 11) gedrängt wird. Die vorliegende Erfindung offenbart auch ein entsprechendes Umformverfahren.The present invention includes a device for the high-pressure forming of workpieces (8), in particular for the production of heat exchanger plates and bipolar plates. The device comprises a mold with a shaping section (4, 11) and a fluid basin (5), between which the workpiece (8) can be arranged for high-pressure forming. The device is configured to generate a high-pressure pulse in the fluid pool (5), so that the workpiece (8) is forced through the shaping section (4, 11) by the high-pressure pulse. The present invention also discloses a corresponding forming method.

Description

Technisches Gebiettechnical field

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Hochdruckumformung von Werkstücken nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 bzw. 8.The present invention relates to a device and a method for high-pressure forming of workpieces according to the preambles of claims 1 and 8, respectively.

Zur Herstellung von flächigen Bauteilen durch einen spanlosen Umformprozess werden üblicherweise Pressen verwendet, in denen Umformwerkzeuge eingesetzt sind, um einen Werkstückrohling aufzunehmen und diesen dann durch entsprechende Krafteinwirkung in die gewünschte Form zu bringen. Zur wirtschaftlichen Fertigung von flächigen Bauteilen für den Massenmarkt wird eine hohe Produktivität bei geringen Kosten angestrebt. Für die umformende Fertigung von Wärmetauscherplatten und insbesondere für Bipolarplatten werden verschiedene Verfahren eingesetzt.For the production of flat components by means of a non-cutting forming process, presses are usually used in which forming tools are used in order to receive a workpiece blank and then bring it into the desired shape by applying appropriate force. For the economical production of flat components for the mass market, high productivity at low costs is sought. Various processes are used for the forming production of heat exchanger plates and in particular for bipolar plates.

Das Hohlprägen bzw. Walzen führt zu hohen Ausbringmengen, bedingt aber Kompromisse hinsichtlich des Kanaldesigns. Kalt- und Warmumformung können zu Bauteilverzug nach Abschluss der Fertigung führen. Schnelle Verfahren wie die elektrohydraulische Umformung oder elektromagnetische Umformung sind für diesen Anwendungsfall noch in der Erforschung.Hollow embossing or rolling leads to high output quantities, but requires compromises in terms of channel design. Cold and hot forming can lead to component distortion after production is complete. Fast processes such as electrohydraulic forming or electromagnetic forming are still being researched for this application.

Insbesondere im Bereich der Umformung von plattenförmigen Werkstücken, wie beispielsweise Blechen, aber auch zur Umformung anderer Werkstücken, wie beispielsweise Rohren, hat sich das Verfahren der Hochdruckumformung etabliert, welches sich durch große Gestaltungsfreiheit bei der Formgebung auszeichnet und sehr hohe Umformgrade ermöglicht. Dabei wird das Halbzeug innerhalb eines Hydroformwerkzeugs über ein Fluid, insbesondere Wasser, Öle, Emulsionen oder auch Gase, mit Druck gegen eine Umformmatrize gepresst, wodurch die Verformung erzielt wird. Das Werkzeug ist dabei in einem Gehäuse eingebracht, welches die Umformkräfte aufnimmt.The process of high-pressure forming has become established, particularly in the area of forming plate-shaped workpieces such as sheet metal, but also for forming other workpieces such as pipes. The semi-finished product is pressed against a forming die within a hydroforming tool using a fluid, in particular water, oils, emulsions or gases, whereby the forming is achieved. The tool is placed in a housing that absorbs the forming forces.

Das Umformen mittels Wirkmedium (Hydroforming, Hochdruck-Blechumformung) bietet höchste Bauteilqualität und anspruchsvolle Kanalstrukturen sowie Prozessrobustheit, weist allerdings anderseits eine vermeintlich geringe Produktivität auf. Dies liegt aber in der eingesetzten Anlagentechnik begründet und weniger im Verfahren. Das Ziel der vorliegenden Erfindungsmeldung ist es, die Vorteile der Hochdruck-Blechumformung durch optimale Anlagen- und Verfahrenstechnik auszuschöpfen.Forming using an active medium (hydroforming, high-pressure sheet metal forming) offers the highest component quality and sophisticated channel structures as well as process robustness, but on the other hand has a supposedly low productivity. However, this is due to the system technology used and not so much to the process. The aim of the present disclosure is to exploit the advantages of high-pressure sheet metal forming through optimal plant and process engineering.

Beschreibung des Stands der TechnikDescription of the prior art

Hydroformwerkzeuge für die Blechumformung bestehen üblicherweise aus einem Werkzeugoberteil, welches die Umformmatrize umfasst, und einem Werkzeugunterteil, in dem eine Leitung zur Beaufschlagung des Werkstücks mit Fluid unter hohem Druck angeordnet ist. Die Umformmatrize kann alternativ auch im Werkzeugunterteil und die Leitung zur Beaufschlagung des Werkstücks mit Fluid kann alternativ auch im Werkzeugoberteil angeordnet sein. Zur Umformung wird das Werkstück, beispielsweise ein Metallblech, zwischen Werkzeugoberteil und Werkzeugunterteil eingespannt, wobei das Werkzeugunterteil über eine Dichtung an dem Werkstück anliegt. Nachfolgend erfolgt die Beaufschlagung des Werkstücks mit dem Fluid unter hohem Druck, wodurch das Werkstück gleichmäßig an die Matrize angepresst wird.Hydroforming tools for sheet metal forming usually consist of an upper tool part, which includes the forming die, and a lower tool part, in which a line for subjecting the workpiece to fluid under high pressure is arranged. Alternatively, the forming die can also be arranged in the lower part of the tool and the line for applying fluid to the workpiece can alternatively also be arranged in the upper part of the tool. For forming, the workpiece, for example a metal sheet, is clamped between the upper tool part and the lower tool part, with the lower tool part resting against the workpiece via a seal. The workpiece is then subjected to the fluid under high pressure, as a result of which the workpiece is evenly pressed against the die.

Eine Umformvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist beispielsweise aus der Patentschrift DE 102013020280 B3 bekannt. Darin ist eine Vorrichtung zur Umformung eines Werkstücks mittels eines fließfähigen Wirkmediums offenbart. Die Vorrichtung umfasst ein Formwerkzeug, das eine zur Erzeugung einer Werkstückform ausgebildete Matrize aufweist, und ein Haltewerkzeug, das ein umzuformendes Halbzeug in einer Trennebene zwischen dem Haltewerkzeug und dem Formwerkzeug hält. Durch Aufbringen eines Wirkmediums auf ein in der Trennebene gehaltenes Halbzeug, und mit einer Druckerzeugungseinrichtung zur Druckbeaufschlagung des Wirkmediums wird das Werkstück gemäß dem Formwerkzeug umgeformt. Das Formwerkzeug, das Haltewerkzeug und die Druckerzeugungseinrichtung für den Betrieb sind als Presse ausgebildet.A forming device according to the preamble of claim 1 is for example from the patent DE 102013020280 B3 known. A device for forming a workpiece by means of a free-flowing active medium is disclosed therein. The device comprises a forming tool, which has a die designed to produce a workpiece shape, and a holding tool, which holds a semi-finished product to be formed in a parting plane between the holding tool and the forming tool. By applying an active medium to a semi-finished product held in the parting plane, and with a pressure generating device for pressurizing the active medium, the workpiece is formed in accordance with the forming tool. The mold, the holding tool and the pressure generating device for operation are designed as a press.

Oben beschriebene Vorrichtung bringt allerdings auch einige Nachteile mit sich: Die Druckbeaufschlagung des Wirkmediums wird mittels Verdrängung durch die Druckerzeugungseinrichtung durchgeführt. Dies bedeutet eine aufwendige und zeitintensive Druckbeaufschlagung bei geringem Druckniveau. Zusätzlich wird bei herkömmlichen Vorrichtungen, wie der oben genannten, nach dem Schließen der Presse und dem Aufbau der Schließkraft erst anschließend der Druckübersetzer betätigt, der dann das Hochdruckfluid komprimiert und fördert. Je nach Anlagensteuerung können so die Zuhaltekräfte und der Hochdruck erst in gewissen zeitlichen Abständen zueinander gesteuert werden wodurch sich der Umformprozess verzögert. Zudem dauern das Öffnen und Schließen hydraulischer Pressen eine gewisse Zeit.However, the device described above also has a number of disadvantages: the pressurization of the active medium is carried out by means of displacement by the pressure generating device. This means a complex and time-consuming application of pressure at a low pressure level. In addition, in conventional devices, such as those mentioned above, after the press has been closed and the closing force has been built up, the pressure intensifier is only then actuated, which then compresses and conveys the high-pressure fluid. Depending on the system control, the locking forces and the high pressure can only be controlled at certain time intervals, which delays the forming process. In addition, opening and closing hydraulic presses takes a certain amount of time.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme zu lösen und eine Vorrichtung zum zeitsparenden Umformen flächiger Bauteile mit hoher Effizienz bereitzustellen.The object of the present invention is to solve the problems known from the prior art and to provide a device at the time to provide cost-saving forming of flat components with high efficiency.

Zur Lösung der vorstehend definierten Aufgabe offenbart die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung nach Anspruch 1.In order to achieve the object defined above, the present invention discloses an apparatus according to claim 1.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient zur Hochdruckumformung von Werkstücken, insbesondere zur Herstellung von Wärmetauscherplatten und Bipolarplatten, und umfasst eine Form mit einem Formgebungsabschnitt und einem Fluidbecken, zwischen denen das Werkstück zur Hochdruckumformung anordenbar ist. Die Vorrichtung ist erfindungsgemäß konfiguriert, um in dem Fluidbecken einen Hochdruck-Impuls zu erzeugen, sodass das Werkstück durch den Hochdruck-Impuls gegen den Formgebungsabschnitt gedrängt wird.The device according to the invention is used for high-pressure forming of workpieces, in particular for the production of heat exchanger plates and bipolar plates, and includes a mold with a shaping section and a fluid basin, between which the workpiece for high-pressure forming can be arranged. According to the invention, the device is configured to generate a high-pressure pulse in the fluid pool, so that the workpiece is pressed against the shaping section by the high-pressure pulse.

Aus der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergibt sich der Vorteil, dass das Werkstück mit oder nach Verschließen der Form umgehend mit einem Hochdruck-Impuls beaufschlagt werden kann. Durch die Möglichkeit der sofortigen Beaufschlagung des Druckimpulses kann eine schnelle Umformung und somit eine hohe Produktivität erreicht werden. Es entfallen zudem die Zeiten für das Befüllen und Entleeren des Fluids, wenn das Fluidbecken gefüllt bleibt.The device according to the invention has the advantage that the workpiece can be subjected to a high-pressure pulse immediately upon or after closing the mold. Due to the possibility of immediate application of the pressure pulse, rapid forming and thus high productivity can be achieved. In addition, the times for filling and emptying the fluid are eliminated if the fluid basin remains full.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstände der abhängigen Ansprüche.Advantageous developments of the invention are the subject matter of the dependent claims.

Es kann von Vorteil sein, wenn die Vorrichtung wenigstens einen Hochdruck-Fluidspeicher aufweist, wobei der Hochdruck-Impuls zumindest teilweise oder vollständig durch Befüllung des Fluidbeckens mit Hochdruckfluid aus dem Hochdruck-Fluidspeicher erzeugt wird. Das Hochdruckfluid aus dem Hochdruck-Fluidspeicher sorgt bei Einleitung in das Fluidbecken schlagartig für eine Druckerhöhung im Fluidbecken bzw. für den gewünschten Hockdruck-Impuls. Bei dieser sog. „aktiven Variante“ wird der Hochdruck-Impuls durch Erhöhung der Fluidmenge im Fluidbecken erzeugt, vorzugsweise unter Beibehaltung des Volumens des Fluidbeckens. Der im Fluidbecken erzeugte Hochdruck-Impuls führt zu einer gezielten Verformung des Werkstücks, indem das Werkstücks gegen den Formgebungsabschnitt gedrängt wird.It can be advantageous if the device has at least one high-pressure fluid reservoir, the high-pressure pulse being generated at least partially or completely by filling the fluid basin with high-pressure fluid from the high-pressure fluid reservoir. When introduced into the fluid basin, the high-pressure fluid from the high-pressure fluid reservoir suddenly causes a pressure increase in the fluid basin or the desired high-pressure impulse. In this so-called “active variant”, the high-pressure impulse is generated by increasing the amount of fluid in the fluid basin, preferably while maintaining the volume of the fluid basin. The high-pressure impulse generated in the fluid basin leads to a targeted deformation of the workpiece by the workpiece being pressed against the shaping section.

Es kann von Nutzen sein, dass der Hochdruck-Impuls zumindest teilweise oder vollständig durch Verschließen des Fluidbeckens, insbesondere mit dem Werkstück, und Verringern des Volumens des Fluidbeckens, insbesondere mit dem Werkstück, zur Erhöhung des Drucks des im Fluidbecken eingeschlossenen Fluides erzeugt wird. Bei dieser sog. „passiven Variante“ wird der Hochdruck-Impuls durch Verringerung des Volumens des Fluidbeckens erzeugt, vorzugsweise unter Beibehaltung der Fluidmenge im Fluidbecken. Die „aktive Variante“ und die „passive Variante“ können auch kombiniert werden, z.B. indem das Volumen des Fluidbeckens verringert und gleichzeitig die Fluidmenge im Fluidbecken erhöht wird. Bei der „passiven Variante“ dringt beispielsweise das Werkstück in das Fluidbecken ein, ohne dass Fluid aus dem Fluidbecken entweichen kann. Dadurch wird der Fluiddruck im Fluidbecken sprunghaft erhöht. Der dadurch erzeugte Hochdruck-Impuls bewirkt eine gezielte Verformung des Werkstücks, indem das Werkstücks gegen den Formgebungsabschnitt gedrängt wird.It can be useful that the high-pressure pulse is generated at least partially or completely by closing the fluid pool, in particular with the workpiece, and reducing the volume of the fluid pool, in particular with the workpiece, to increase the pressure of the fluid enclosed in the fluid pool. In this so-called “passive variant”, the high-pressure impulse is generated by reducing the volume of the fluid basin, preferably while maintaining the amount of fluid in the fluid basin. The "active variant" and the "passive variant" can also be combined, e.g. by reducing the volume of the fluid basin and at the same time increasing the amount of fluid in the fluid basin. In the "passive variant", for example, the workpiece penetrates into the fluid basin without fluid being able to escape from the fluid basin. As a result, the fluid pressure in the fluid basin is suddenly increased. The high-pressure pulse generated in this way causes the workpiece to be deformed in a targeted manner by the workpiece being pressed against the shaping section.

Es kann von Vorteil sein, wenn die Form aus einem Unterwerkzeug und einem Oberwerkzeug gebildet ist, wobei vorzugsweise das Oberwerkzeug den Formgebungsabschnitt aufweist und das Unterwerkzeug das Fluidbecken aufweist. Dadurch können die Werkzeuge individuell ausgewählt und zusammengestellt werden um eine gewünschte Form zu erstellen. Zudem können der Formgebungsabschnitt und das Fluidbecken in den Ober- bzw. Unterwerkzeugen je nach Anwendungsfall aufeinander abgestimmt werden.It can be advantageous if the mold is formed from a lower tool and an upper tool, with the upper tool preferably having the shaping section and the lower tool having the fluid basin. This allows the tools to be individually selected and assembled to create a desired shape. In addition, the shaping section and the fluid basin in the upper and lower tools can be matched to one another, depending on the application.

Es kann von Nutzen sein, wenn der Hochdruck-Fluidspeicher über einen Hochdruck-Kanal mit dem Fluidbecken kommunizieren kann, wobei die Vorrichtung wenigstens ein Hochdruck-Ventil zum Öffnen und Schließen des Hochdruck-Kanals umfasst. Somit kann das Fluidbecken über das Hochdruck-Ventil zielgerichtet mit Hochdruckfluid beaufschlagt werden. Zudem können Hochdruckspeicher und Fluidbecken über den Hochdruck-Kanal örtlich voneinander getrennt werden, um einen hohen Gestaltungsspielraum der Gesamtvorrichtung zu erreichen.It can be useful if the high-pressure fluid reservoir can communicate with the fluid pool via a high-pressure channel, the device comprising at least one high-pressure valve for opening and closing the high-pressure channel. Thus, the fluid basin can be charged with high-pressure fluid in a targeted manner via the high-pressure valve. In addition, the high-pressure accumulator and fluid basin can be locally separated from one another via the high-pressure channel in order to achieve a high level of design freedom for the overall device.

Es kann hilfreich sein, wenn die Vorrichtung eine Transporteinrichtung umfasst, um Werkstücke in die Form und/oder aus der Form zu transportieren, wobei die Transporteinrichtung vorzugsweise als Transportband ausgebildet ist. Somit können Werkstücke und umgeformte Bauteile schonend auf einem (Fließ-)Band befördert werden.It can be helpful if the device includes a transport device in order to transport workpieces into and/or out of the mold, with the transport device preferably being designed as a conveyor belt. In this way, workpieces and formed components can be transported gently on a (conveyor) belt.

Es kann nützlich sein, wenn die Vorrichtung wenigstens einen Niederdruck-Fluidspeicher aufweist, der über einen Niederdruck-Kanal mit dem Fluidbecken kommunizieren kann, um das Fluidbecken mit Niederdruckfluid zu befüllen, wobei die Vorrichtung bevorzugt wenigstens ein Niederdruck-Ventil zum Öffnen und Schließen des Niederdruck-Kanals umfasst. Der Niederdruck-Kanal dient neben dem Hochdruck-Kanal als Zulauf für das Fluidbecken, über den das Fluidbecken - insbesondere in einem nicht mit Druck beaufschlagten Zustand - mit Fluid unter Niederdruck gespeist werden kann. Das Niederdruck-Ventil ermöglicht das Öffnen und Verschließen des Niederdruck-Kanals vor und nach dem eigentlichen Umformprozess.It can be useful if the device has at least one low-pressure fluid reservoir which can communicate with the fluid pool via a low-pressure channel in order to fill the fluid pool with low-pressure fluid, the device preferably having at least one low-pressure valve for opening and closing the low pressure -channel includes. In addition to the high-pressure channel, the low-pressure channel serves as an inlet for the fluid basin, via which the fluid basin can be fed with fluid under low pressure—in particular when it is not pressurized. The low pressure valve allows opening and Ver closing the low-pressure channel before and after the actual forming process.

Es kann praktisch sein, wenn die Form zwischen einer geöffneten Stellung und einer geschlossenen Stellung überführbar ist, wobei die Vorrichtung vorzugsweise ein Presswerk aufweist, bevorzugt ein Kurbel- oder Kniehebelpresswerk, um die Form zwischen der geöffneten Stellung und der geschlossenen Stellung zu überführen, wobei das Presswerk besonders bevorzugt mechanisch oder hydraulisch betätigbar ist. Durch diese Varianten lässt sich das Werkstück gut in die Form einbringen und daraus wieder ausbringen. Durch das Presswerk können hohe Druckkräfte aufgebaut werden, die dem Druck des Hochdruckfluids während der Druckumformung standhalten müssen. Mechanisch oder hydraulisch betätigbare Presswerke lassen sich technisch leicht und wirkungsvoll umsetzen.It may be practical if the mold can be transferred between an open position and a closed position, the device preferably comprising a press, preferably a crank or toggle press, for transferring the mold between the open position and the closed position, the Pressing is particularly preferably mechanically or hydraulically actuated. With these variants, the workpiece can be easily introduced into the mold and removed from it again. High compressive forces can be built up by the pressing plant, which have to withstand the pressure of the high-pressure fluid during the pressure forming. Mechanically or hydraulically actuated pressing units can be technically implemented easily and effectively.

Es kann von Vorteil sein, wenn die Form wenigstens eine Entlüftungsöffnung aufweist, um ein beim Umformen des Werkstücks verdrängtes Gas aus dem Formgebungsabschnitt abzuführen. Dadurch wird ein Druckaufbau in dem Formgebungsabschnitt während der Hochdruckumformung vermieden. Im Ergebnis verringert sich der zur Hochdruckumformung erforderliche Druck und das Umformergebnis hinsichtlich Formtreue wird verbessertIt can be advantageous if the mold has at least one ventilation opening in order to discharge gas that is displaced during the shaping of the workpiece from the shaping section. This avoids a pressure build-up in the shaping section during high-pressure forming. As a result, the pressure required for high-pressure forming is reduced and the forming result in terms of shape accuracy is improved

Zur Lösung der vorstehend definierten Aufgabe offenbart die vorliegende Erfindung auch ein Herstellungsverfahren nach Anspruch 12. Es bietet im Wesentlichen die gleichen Vorteile wie die erfindungsgemäße Vorrichtung.In order to achieve the object defined above, the present invention also discloses a manufacturing method according to claim 12. It offers essentially the same advantages as the device according to the invention.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Hochdruckumformen von Werkstücken, insbesondere unter der Verwendung der Vorrichtung gemäß Anspruch 1. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Anordnens eines Werkstücks in einer Form mit einem Formgebungsabschnitt und einem Fluidbecken, sodass das Werkstück zwischen dem Formgebungsabschnitt und dem Fluidbecken angeordnet ist; sowie einen Schritt des Erzeugens eines Hochdruck-Impulses im Fluidbecken, um das Werkstück gegen den Formgebungsabschnitt zu drängen.The method according to the invention is used for high-pressure forming of workpieces, in particular using the device according to claim 1. The method comprises a step of arranging a workpiece in a mold with a shaping section and a fluid basin, so that the workpiece is arranged between the shaping section and the fluid basin; and a step of generating a high-pressure pulse in the fluid pool to urge the workpiece against the forming section.

In einer vorteilhaften (aktiven) Variante wird der Hochdruck-Impuls zumindest teilweise oder vollständig durch Befüllen des Fluidbeckens mit Hochdruckfluid aus einem Fluidspeicher erzeugt.In an advantageous (active) variant, the high-pressure pulse is generated at least partially or completely by filling the fluid basin with high-pressure fluid from a fluid reservoir.

In einer weiteren vorteilhaften (passiven) Variante wird der Hochdruck-Impuls zumindest teilweise oder vollständig durch Verschließen des Fluidbeckens, insbesondere mit dem Werkstück, und Verringern des Volumens des Fluidbeckens, insbesondere mit dem Werkstück, zur Erhöhung des Drucks des im Fluidbecken eingeschlossenen Fluides erzeugt.In a further advantageous (passive) variant, the high-pressure pulse is generated at least partially or completely by sealing the fluid basin, in particular with the workpiece, and reducing the volume of the fluid basin, in particular with the workpiece, to increase the pressure of the fluid enclosed in the fluid basin.

Es kann auch nützlich sein, wenn das Fluidbecken beim Transport des Werkstücks in die Form und/oder aus der Form zum Überlauf gebracht wird, sodass das Werkstück auf einem Fluidfilm aufschwimmt. Dies hat den vorteilhaften Effekt, dass durch die Oberflächenspannung bzw. die Fließkraft des Fluids ein umgeformtes Bauteil mittels des Fluidfilms aus der Form heraus transportiert werden kann. Weiterhin kann ein kommendes umzuformendes Werkstück auf dem Fluidfilm auch in die Form transportiert werden. Hierdurch können das Werkstück bzw. das umgeformte Bauteil leicht und schonend transportiert werden.It may also be useful if the pool of fluid is overflowed as the workpiece is transported into and/or out of the mold so that the workpiece floats on a film of fluid. This has the advantageous effect that, due to the surface tension or the flow force of the fluid, a formed component can be transported out of the mold by means of the fluid film. Furthermore, an approaching workpiece to be formed can also be transported into the mold on the fluid film. As a result, the workpiece or the formed component can be transported easily and gently.

Es kann sinnvoll sein, wenn der Formgebungsabschnitt die Form einer Matrize oder Patrize aufweist. Die Matrize als Formgebungsabschnitt eignet sich insbesondere bei der aktiven Variante, bei der der Hochdruck-Impuls durch Erhöhung der Fluidmenge im Fluidbecken erzielt wird,It can be useful if the shaping section is in the form of a female or male part. The die as a shaping section is particularly suitable for the active variant, in which the high-pressure impulse is achieved by increasing the amount of fluid in the fluid basin,

Es kann hilfreich sein, wenn die Vorrichtung einen separat zum Formgebungsabschnitt bewegbaren Fixierungsabschnitt aufweist, der dazu konfiguriert ist das Werkstück im Bezug zu dem Fluidbecken zu fixieren. Die Patrize als Formgebungsabschnitt eignet sich insbesondere bei der passiven Variante, bei der der Hochdruck-Impuls durch Verringerung des Volumens des Fluidbeckens zur Erhöhung des Drucks des im Fluidbecken eingeschlossenen Fluides erzielt wird.It can be helpful if the device has a fixing section that can be moved separately from the shaping section and is configured to fix the workpiece in relation to the fluid basin. The patrix as a shaping section is particularly suitable in the passive variant, in which the high-pressure impulse is achieved by reducing the volume of the fluid basin to increase the pressure of the fluid enclosed in the fluid basin.

Es kann aber auch von Nutzen sein, wenn dem Fluidbecken beim Transport des Werkstücks in die Form und/oder aus der Form Fluid zugeführt wird, vorzugsweise aus einem Niederdruck-Fluidspeicher. Dies sorgt für ein Wiederauffüllen von ausgeschwemmtem Fluid und gewährleistet ein mit Fluid gefülltes Fluidbecken.However, it can also be useful if fluid is supplied to the fluid basin during transport of the workpiece into and/or out of the mold, preferably from a low-pressure fluid reservoir. This provides replenishment of scavenged fluid and ensures a fluid-filled fluid pool.

Es mag aber auch praktisch sein, wenn ein Druck im Fluidbecken beim Öffnen der Form größer als ist als der Umgebungsdruck. Somit strömt durch das Druckgefälle das Fluid beim Öffnen der Form aus dem Fluidbecken und verstärkt den oben genannten Fluidfilm.However, it may also be practical if a pressure in the fluid basin is greater than the ambient pressure when the mold is opened. Thus, due to the pressure gradient, the fluid flows out of the fluid basin when the mold is opened and reinforces the fluid film mentioned above.

Es kann sich als praktisch erweisen, wenn das Werkstück das Fluidbecken beim Befüllen mit Hochdruckfluid dichtend verschließt. Somit können weitere Dichtmittel eingespart werden.It can prove to be practical if the workpiece seals the fluid basin when it is filled with high-pressure fluid. Thus further sealants can be saved.

Es kann sinnvoll sein, wenn das Volumen des Hochdruckfluids, das dem Fluidbecken zur Hochdruckumformung des Werkstückes zugeführt wird, bezogen auf die umzuformende Fläche des Werkstücks maximal 0,02 cm³ pro cm², vorzugsweise maximal 0,01 cm³ pro cm² beträgt. Somit kann gewährleistet werden, dass Bauteile wie Wärmetauscherplatten und Bipolarplatten, welche eine aufwendige Kanalstruktur mit geringen Querschnittsmaßen aufweisen, besonders schnell durch die erfindungsgemäße Umformtechnik hergestellt werden können.It can be useful if the volume of the high-pressure fluid that is supplied to the fluid basin for the high-pressure forming of the workpiece, based on the area of the workpiece to be formed, is at most 0.02 cm ³ per cm ² , preferably as a maximum of 0.01 cm ³ per cm ² . It can thus be ensured that components such as heat exchanger plates and bipolar plates, which have a complex channel structure with small cross-sectional dimensions, can be produced particularly quickly using the forming technology according to the invention.

Es kann hilfreich sein, wenn ein Druck des Hochdruckfluids im Bereich von 200 bis 500 MPa liegt, vorzugsweise im Bereich von 300 bis 500 MPa, bevorzugt im Bereich von 400 bis 500 MPa. Mit Drücken in den genannten Druckbereichen können durch Hochdruckumformung besonders feine Strukturen hergestellt werden.It may be helpful if a pressure of the high-pressure fluid is in the range of 200 to 500 MPa, preferably in the range of 300 to 500 MPa, preferably in the range of 400 to 500 MPa. With pressures in the stated pressure ranges, particularly fine structures can be produced by high-pressure forming.

Es kann sinnvoll sein, wenn ein Druck des Niederdruckfluids im Bereich von 1 bis 10 MPa liegt, vorzugsweise im Bereich von 2 bis 10 MPa, bevorzugt im Bereich von 5 bis 10 MPa. Derartige Drücke lassen sich im Vergleich zu den für Hochdruckumformung erforderlichen Drücken vergleichsweise einfach erzeugen und kurzfristig bereitstellen. Dadurch vereinfacht sich die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.It can be useful if the pressure of the low-pressure fluid is in the range from 1 to 10 MPa, preferably in the range from 2 to 10 MPa, preferably in the range from 5 to 10 MPa. In comparison to the pressures required for high-pressure forming, such pressures can be generated comparatively easily and made available at short notice. This simplifies the implementation of the method according to the invention.

Weitere bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich durch Kombinationen der Merkmale, die in der Beschreibung, den Ansprüchen und den Figuren offenbart sind.Further preferred developments of the invention result from combinations of the features that are disclosed in the description, the claims and the figures.

Begriffe und Definitionenterms and definitions

Der Begriff „Fluidbecken“ umfasst eine Fluidkammer, die bei bestimmungsgemäßer Anordnung des umzuformenden Werkstücks zu diesem exponiert ist bzw. von dem Werkstück verschlossen wird, sodass der Druck des eingeleiteten Hochdruckfluids auf das Werkstück wirkt und dieses gegen den Formgebungsabschnitt drückt. Die Form der Fluidkammer und deren Anordnung bzgl. des Werkstück sind dabei sekundär. Der Begriff „Fluidbecken“ wird in der Einzahl stellvertretend für eine einzelne Fluidkammer oder mehrere Fluidkammern verwendet. Das Fluidbecken kann sich zumindest abschnittsweise unterhalb und/oder zumindest abschnittsweise oberhalb des Werkstücks und/oder zumindest abschnittsweise seitlich neben dem Werkstück befinden. Vorzugsweise weist das Fluidbecken eine oberseitige Öffnung auf, die bei bestimmungsgemäßer Anordnung des umzuformenden Werkstücks von dem Werkstück verschlossen wird. Idealerweise verbleibt das Fluid beim Entfernen des Werkstücks aus der Form zumindest weitgehend im Fluidbecken. Idealerweise liegt der Beckenrand des Fluidbeckens in einer horizontalen Ebene.The term “fluid basin” includes a fluid chamber that is exposed to the workpiece to be formed when it is arranged as intended or is closed by the workpiece, so that the pressure of the introduced high-pressure fluid acts on the workpiece and presses it against the shaping section. The shape of the fluid chamber and its arrangement with respect to the workpiece are secondary. The term "fluid basin" is used in the singular to represent a single fluid chamber or multiple fluid chambers. The fluid basin can be located at least in sections below and/or at least in sections above the workpiece and/or at least in sections to the side of the workpiece. The fluid basin preferably has an opening on the upper side, which is closed by the workpiece when the workpiece to be formed is arranged as intended. Ideally, the fluid remains at least largely in the fluid basin when the workpiece is removed from the mold. Ideally, the pool edge of the fluid pool lies in a horizontal plane.

Der Begriff „Befüllen“ ist so zu verstehen, dass Hochdruckfluid aus dem Hochdruck-Fluidspeicher in das Fluidbecken eingeleitet wird, sodass der Druck des Hochdruckfluids auf das Werkstück wirkt und dieses gegen den Formgebungsabschnitt drückt. Der Füllzustand des Fluidbeckens zu Beginn der Einleitung des Hochdruckfluids aus dem Hochdruck-Fluidspeicher in das Fluidbecken spielt dabei keine Rolle. Es ist bevorzugt, dass das Fluidbecken zu Beginn der Einleitung des Hochdruckfluids aus dem Hochdruck-Fluidspeicher in das Fluidbecken bereits teilweise befüllt ist. Dadurch verringert sich die zur Hochdruckumformung erforderliche Menge an Hochdruckfluid - und somit die zur Befüllung des Fluidbeckens erforderliche Zeitdauer. Es ist aber auch möglich, dass das Fluidbecken, insbesondere bei der erstmaligen Anwendung oder bei Wiederinbetriebnahme nach Wartung, ausgehend von einem vollständig leeren Zustand befüllt wird.The term "filling" is to be understood in such a way that high-pressure fluid is introduced from the high-pressure fluid reservoir into the fluid pool, so that the pressure of the high-pressure fluid acts on the workpiece and presses it against the shaping section. The fill level of the fluid basin at the beginning of the introduction of the high-pressure fluid from the high-pressure fluid reservoir into the fluid basin is irrelevant. It is preferred that the fluid basin is already partially filled at the beginning of the introduction of the high-pressure fluid from the high-pressure fluid reservoir into the fluid basin. This reduces the amount of high-pressure fluid required for high-pressure forming—and thus the time required to fill the fluid basin. However, it is also possible for the fluid basin to be filled from a completely empty state, in particular when it is used for the first time or when it is put into operation again after maintenance.

Figurenlistecharacter list

Es zeigen:

1 eine Prinzip-Skizze eines Schnittes durch die Vorrichtung nach dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem Zustand vor dem Umformprozess.
2 eine Prinzip-Skizze eines Schnittes durch die Vorrichtung gemäß 1 in einem Zustand während des Umformprozesses.
3 eine Prinzip-Skizze eines Schnittes durch die Vorrichtung gemäß 1 und 2 in einem Zustand nach dem Umformprozess.
4 eine Prinzip-Skizze eines Schnittes durch eine Vorrichtung gemäß dem zweite Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem Zustand vor dem Umformprozess.
5 eine Prinzip-Skizze eines Schnittes durch die Vorrichtung gemäß 4 in einem Zustand während des Umformprozesses.
6 eine Prinzip-Skizze eines Schnittes durch die Vorrichtung gemäß 4 und 5 in einem Zustand nach dem Umformprozess.

Show it:

1 a principle sketch of a section through the device according to the first embodiment of the invention in a state before the forming process.
2 a principle sketch of a section through the device according to 1 in a state during the forming process.
3 a principle sketch of a section through the device according to 1 and 2 in a state after the forming process.
4 a principle sketch of a section through a device according to the second embodiment of the invention in a state before the forming process.
5 a principle sketch of a section through the device according to 4 in a state during the forming process.
6 a principle sketch of a section through the device according to 4 and 5 in a state after the forming process.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten AusführungsbeispieleDetailed description of the preferred embodiments

1 zeigt eine Prinzip-Skizze eines Schnittes durch die Vorrichtung zur Hochdruck Umformung von flächigen Bauteilen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die in 1 gezeigte Vorrichtung stellt eine Presse dar, die auf einer Aufspannplatte 1 bzw. einem Pressentisch 1 als Gestell der Presse angeordnet ist. Die Presse besteht im Wesentlichen aus einem Unterwerkzeug 2 und einem Oberwerkzeug 3. Das Unterwerkzeug 2 ist auf der Aufspannplatte 1 angeordnet und bei Bedarf an diese fixiert. Das Oberwerkzeug 3 befindet sich über dem Unterwerkzeug 2 und ist konfiguriert, um auf das Unterwerkzeug 2 aufgesetzt zu werden. Das Unterwerkzeug 2 und das Oberwerkzeug 3 sind derart angeordnet, dass die Unterseite des Oberwerkzeugs 3 mit der Oberseite des Unterwerkzeugs 2 zusammengeführt werden können. 1 shows a basic sketch of a section through the device for high-pressure forming of flat components according to the first exemplary embodiment of the present invention. In the 1 The device shown represents a press, which is arranged on a platen 1 or a press table 1 as the frame of the press. The press essentially consists of a lower tool 2 and an upper tool 3. The lower tool 2 is arranged on the clamping plate 1 and fixed to it if necessary. The upper tool 3 is located above the lower tool 2 and is configured to be placed on the lower tool 2 . The lower tool 2 and the upper work Tool 3 are arranged in such a way that the underside of the upper tool 3 can be brought together with the upper side of the lower tool 2.

Die Presse umfasst ein Presswerk bzw. einen Mechanismus, der das Oberwerkzeug 3 und das Unterwerkzeug 2 zueinander führen, zusammenpressen und voneinander wegbewegen kann. In 1 zeigt die Presse in einem geöffneten Zustand vor dem Umformprozess. Die Presse kann bevorzugt mechanisch oder hydraulisch geschlossen und geöffnet werden, so dass das Unterwerkzeug 2 mit dem Oberwerkzeug 3 zusammen- und voneinander weggeführt werden kann. Hierbei ist durch die Pfeile eine Bewegung des Oberwerkzeugs 3 in vertikaler Richtung angezeigt. Auch eine vertikale Bewegung des Unterwerkzeugs 2 kann für die vorliegende Presse vorgesehen sein. Zudem ist ein Klappmechanismus mit Scharnieren denkbar, über den das Unterwerkzeug 2 und das Oberwerkzeug 3 zusammenführbar verbunden sind.The press includes a press tool or mechanism that can bring the upper tool 3 and the lower tool 2 toward each other, compress them, and move them away from each other. In 1 shows the press in an open state before the forming process. The press can preferably be closed and opened mechanically or hydraulically, so that the lower tool 2 can be brought together with the upper tool 3 and moved away from one another. Here, a movement of the upper tool 3 in the vertical direction is indicated by the arrows. A vertical movement of the lower die 2 can also be provided for the present press. In addition, a folding mechanism with hinges is conceivable, via which the lower tool 2 and the upper tool 3 are connected so that they can be brought together.

Das Oberwerkzeug 3 umfasst an der dem Unterwerkzeug 2 zugewandten Seite einen als Matrize 4 ausgebildeten Formgebungsabschnitt. Die Matrize 4 ist derart geformt, dass sie eine Negativform eines umzuformenden Bauteils aufweist. Die Matrize 4 kann dabei eine Formkontur oder auch lediglich eine Gravur zur Erzeugung der Bauteilform aufweisen. Die Matrize 4 verläuft nahezu über die gesamte Länge des Oberwerkzeugs 3. Die Tiefe der Matrize 4 entspricht der Tiefe des umzuformenden Bauteils. Das Oberwerkzeug 3 und das Unterwerkzeug 2 sind derart geformt, dass sie in einem zusammengepressten Zustand miteinander abdichten und einen abgedichteten Raum im Inneren der Presse bilden.On the side facing the lower tool 2 , the upper tool 3 comprises a shaping section designed as a die 4 . The die 4 is shaped in such a way that it has a negative shape of a component to be formed. The die 4 can have a shape contour or just an engraving to produce the component shape. The die 4 runs almost over the entire length of the upper tool 3. The depth of the die 4 corresponds to the depth of the component to be formed. The upper die 3 and the lower die 2 are shaped so as to seal with each other in a compressed state and form a sealed space inside the press.

Zwischen das Unterwerkzeug 2 und das Oberwerkzeug 3 wird vor einem Umformungsprozess ein umzuformender Werkstückrohling 8 eingesetzt und auf der Oberseite des Unterwerkzeugs 2 aufgebracht. Die Maße der Unter- und Oberwerkzeuge 2, 3 sind derart gewählt, dass keine Enden des Werkstückrohlings 8 über die Ränder der Unter- und Oberwerkzeuge 2, 3 herausragen. Somit kann eine Dichtigkeit der Presse gewährleistet werden. Zusätzlich sind die Maße der Matrize 4 derart gewählt, dass die Fläche der Formkontur der Matrize 4 in einer Draufsicht in Gänze über der Fläche des Werkstückrohlings 8 angeordnet ist.Before a forming process, a workpiece blank 8 to be formed is inserted between the lower tool 2 and the upper tool 3 and applied to the upper side of the lower tool 2 . The dimensions of the lower and upper tools 2, 3 are selected in such a way that no ends of the workpiece blank 8 protrude beyond the edges of the lower and upper tools 2, 3. Thus, a tightness of the press can be guaranteed. In addition, the dimensions of the die 4 are selected in such a way that the surface of the contour of the die 4 is arranged entirely over the surface of the workpiece blank 8 in a plan view.

Das Unterwerkzeug 2 weist an dessen Oberseite ein Fluidbecken 5 auf. Das Fluidbecken 5 ist unterhalb der Matrize 4 angeordnet, wenn das Unterwerkzeug 2 und das Oberwerkzeug 3 zusammengeführt sind. Die Maße des Fluidbeckens 5 sind derart gewählt, dass der Werkstückrohling 8, der über dem Fluidbecken platziert wurde, das Fluidbecken 5 in Gänze abdeckt. Zusätzlich ist das Fluidbecken 5 derart geformt, dass die Fläche des Fluidbeckens 5 des Unterwerkzeugs 2 in einer Draufsicht die Enden der Fläche der Formkontur der Matrize 4 einschließt. Somit ragen in einer Draufsicht keine Ränder der Formkontur der Matrize 4 über die Ränder des Fluidbeckens 5 heraus.The lower tool 2 has a fluid basin 5 on its upper side. The fluid pool 5 is arranged below the die 4 when the lower tool 2 and the upper tool 3 are brought together. The dimensions of the fluid basin 5 are selected in such a way that the workpiece blank 8, which was placed over the fluid basin, completely covers the fluid basin 5. In addition, the fluid pool 5 is shaped in such a way that the surface of the fluid pool 5 of the lower tool 2 encloses the ends of the surface of the mold contour of the die 4 in a plan view. Thus, in a top view, no edges of the mold contour of the die 4 protrude beyond the edges of the fluid basin 5 .

Das Fluidbecken 5 weist ferner einen Hochdruck-Fluidanschluss 6 auf. Der Hochdruck-Fluidanschluss 6 dient als Zulauf für das Fluidbecken 5, über den das Fluidbecken 5 mit Fluid unter Hochdruck von mehr als 500 MPa gespeist werden kann. Der Hochdruck-Fluidanschluss 6 ist ein Hochdruckventil, welches an einem Hochdruckhydrauliksystem mit einem Hochdruckspeicher angeschlossen ist. Hierbei ist das Hochdruckhydrauliksystem derart gestaltet, dass es die Merkmale eines Common-Rail-Einspritzaggregates aufweist. Das heißt, dass das Hochdruckhydrauliksystem mit dem Hochdruckspeicher (common rail) permanent Hochdruck zur Verfügung stellt und diesen bei Bedarf durch das Hochdruckventil zum Druckaufbau nutzen kann. Der Hochdruck-Fluidanschluss 6 ist somit derart konfiguriert, dass dieser während des Umformprozesses bei geschlossener Presse das Fluidbecken 5 mit einem Hochdruck-Impuls beaufschlagen kann, um das Werkstück 8 gegen den Formgebungsabschnitt zu drängen und umzuformen. Nachdem das Werkstück 8 umgeformt wurde, wird das Ventil des Hochdruck-Fluidanschlusses 6 geschlossen, wodurch das Fluidbecken 5 nicht mehr mit Überdruckfluid beaufschlagt wird, ein Überdruck im Fluidbecken jedoch aufrecht erhalten bleibt.The fluid basin 5 also has a high-pressure fluid connection 6 . The high-pressure fluid connection 6 serves as an inlet for the fluid basin 5, via which the fluid basin 5 can be fed with fluid under high pressure of more than 500 MPa. The high-pressure fluid connection 6 is a high-pressure valve which is connected to a high-pressure hydraulic system with a high-pressure accumulator. Here, the high-pressure hydraulic system is designed in such a way that it has the features of a common rail injection unit. This means that the high-pressure hydraulic system with the high-pressure accumulator (common rail) permanently provides high pressure and can use this to build up pressure through the high-pressure valve if necessary. The high-pressure fluid connection 6 is thus configured in such a way that it can apply a high-pressure impulse to the fluid basin 5 during the forming process when the press is closed, in order to force the workpiece 8 against the shaping section and to form it. After the workpiece 8 has been formed, the valve of the high-pressure fluid connection 6 is closed, as a result of which the fluid basin 5 is no longer subjected to overpressure fluid, but an overpressure in the fluid basin is maintained.

Wärmetauscherplatten und insbesondere Bipolarplatten sind derart auszulegen, dass sie eine große Wärmeübertragungsfläche aufweisen. Dieses wird durch eine aufwendige Kanalstruktur innerhalb der Wärmetauscherplatte erreicht. Hierbei weisen die Kanäle geringe Querschnittsmaße auf. Für derartige Bauteile sind das vorliegende Verfahren und die vorliegende Vorrichtung vorteilhaft, da diese Bauteile bezogen auf die Grundfläche ein sehr geringes Umformvolumen haben. Bei der Aufbringung solcher Kanäle in einem Umformprozess ist meist ein geringer aber gezielter Druckimpuls nötig, um ein Werkstück in die gewünschte Form umzuformen. Beispielsweise werden bei einer Wärmetauscherplatte von 200 × 500 mm² Fläche je nach Kanaltiefe nur 10 bis 20 cm³ Fluid für die Ausformung benötigt. Bezogen auf die umzuformende Fläche des Werkstücks 8 beträgt das flächenspezifische Volumen des Hochdruckfluids, das dem Fluidbecken 5 zur Hochdruckumformung des Werkstückes 8 zugeführt wird, demnach maximal 0,02 cm³ pro cm², vorzugsweise maximal 0,01 cm³ pro cm². Derartige gezielte Hochdruck-Impulse können mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung einfach und schnell erzeugt sowie unkompliziert auf das Werkstück aufgebracht werden.Heat exchanger plates and in particular bipolar plates are to be designed in such a way that they have a large heat transfer surface. This is achieved through a complex channel structure within the heat exchanger plate. Here, the channels have small cross-sectional dimensions. The present method and the present device are advantageous for such components, since these components have a very small forming volume in relation to the base area. When applying such channels in a forming process, a small but targeted pressure impulse is usually necessary to form a workpiece into the desired shape. For example, in the case of a heat exchanger plate with an area of 200×500 mm ² , depending on the channel depth, only 10 to 20 cm ³ of fluid is required for shaping. Based on the area of the workpiece 8 to be formed, the area-specific volume of the high-pressure fluid that is supplied to the fluid basin 5 for high-pressure forming of the workpiece 8 is therefore at most 0.02 cm ³ per cm ² , preferably at most 0.01 cm ³ per cm ² . Such targeted high-pressure pulses can be generated easily and quickly with the device according to the invention and applied to the workpiece in an uncomplicated manner.

Das Fluidbecken 5 weist ferner einen Niederdruck-Fluidanschluss 7 auf. Der Niederdruck-Fluidanschluss 7 dient als Zulauf für das Fluidbecken 5 über den das Fluidbecken 5 mit Fluid unter Niederdruck bis zu 10 MPa gespeist werden kann. Hierbei ist der Niederdruck-Fluidanschluss 7 ein Niederdruckventil, welches an einem Niederdruck-Hydrauliksystem angeschlossen ist. Der Niederdruck-Fluidanschluss 7 ist während des Umformens durch Ventiltechnik verschlossen.The fluid basin 5 also has a low-pressure fluid connection 7 . The low-pressure fluid connection 7 serves as an inlet for the fluid basin 5, via which the fluid basin 5 can be fed with fluid at a low pressure of up to 10 MPa. In this case, the low-pressure fluid connection 7 is a low-pressure valve which is connected to a low-pressure hydraulic system. The low-pressure fluid connection 7 is closed by valve technology during the forming process.

2 zeigt eine Prinzip-Skizze eines Schnittes durch die Vorrichtung in geschlossenem Zustand während des Umformungsprozesses. 2 zeigt die Presse aus 1 und daher wird auf die obige Beschreibung und die identischen Bezugszeichen verwiesen. 2 shows a basic sketch of a section through the device in the closed state during the forming process. 2 shows the press 1 and therefore reference is made to the description above and the identical reference numbers.

Im geschlossenen Zustand wird der Werkstückrohling 8 zwischen dem Unterwerkzeug 2 und dem Oberwerkzeug 3 eingeschlossen. Das Oberwerkzeug 3 verschließt die Presse dicht und baut gegenüber dem Unterwerkzeug 2 und dem Werkstück 8 eine Schließkraft auf. Hierbei wird bereits ein gewisser Druck auf das Werkstück 8 aufgebracht. Das Werkstück 8 ist derart zwischen Unterwerkzeug 2 und Oberwerkzeug 3 angeordnet, dass es das Fluidbecken 5 des Unterwerkzeugs 2 dichtend verschließt. Zudem bildet das Halbzeug mit der Matrize 4 des Oberwerkzeugs 3 einen abgedichteten Raum, wenn das Oberwerkzeug 3 und das Unterwerkzeug 2 zusammengepresst sind. Hierbei können das Oberwerkzeug 3 und das Unterwerkzeug 2 im Bereich des gelagerten Werkstücks 8 Dichtmittel (nicht dargestellt), wie beispielsweise Gummilippen aufweisen, welche den Innenraum der Presse von der Umgebung abdichten.In the closed state, the workpiece blank 8 is enclosed between the lower tool 2 and the upper tool 3 . The upper tool 3 closes the press tightly and builds up a closing force in relation to the lower tool 2 and the workpiece 8 . A certain pressure is already applied to the workpiece 8 here. The workpiece 8 is arranged between the lower tool 2 and the upper tool 3 in such a way that it seals off the fluid basin 5 of the lower tool 2 . In addition, the semi-finished product forms a sealed space with the die 4 of the upper tool 3 when the upper tool 3 and the lower tool 2 are pressed together. Here, the upper tool 3 and the lower tool 2 in the region of the mounted workpiece 8 can have sealing means (not shown), such as rubber lips, which seal off the interior of the press from the environment.

Im oben beschriebenen geschlossenen Zustand der Presse wird das Werkstück 8 mittels Hochdruckeinspritzung durch den Hochdruck-Fluidanschluss 6 in das Fluidbecken 5 umgeformt. Hierzu wird der durch das Ventil des Hochdruck-Fluidanschlusses 6 Hochdruckfluid in den Fluidraum eingespritzt, um einen Überdruck zu erwirken. Das Hochdruckfluid wird aus dem Hochdruck-Fluidspeicher bereitgestellt, welcher permanent Hochdruck zur Verfügung stellt. Durch den Hochdruck-Impuls aus dem Hochdruck-Fluidspeicher wird das Werkstück 8 in Richtung des Oberwerkzeugs 3 in die Matrize 4 gepresst und somit entsprechend der Formkontur umgeformt. Der Druckaufbau dient der Umformung des Werkstücks zu einem umgeformten Bauteil 9. 2 zeigt bereits das umgeformte Bauteil 9, welches durch das Fluid in die Matrize gedrückt wurde. Hierbei ist das umgeformte Bauteil 9 mit einer Auswölbung (Längsschnitt durch das Bauteil) aus dem Werkstück dargestellt, welche mittels des Hochdruck-Impulses mit dem Fluid an die Formkontur der Matrize 4 gedrückt wurde.In the closed state of the press described above, the workpiece 8 is formed into the fluid basin 5 by means of high-pressure injection through the high-pressure fluid connection 6 . For this purpose, the high-pressure fluid is injected through the valve of the high-pressure fluid connection 6 into the fluid space in order to bring about an overpressure. The high-pressure fluid is provided from the high-pressure fluid reservoir, which permanently provides high pressure. The high-pressure pulse from the high-pressure fluid reservoir presses the workpiece 8 into the die 4 in the direction of the upper tool 3 and thus forms it in accordance with the mold contour. The pressure build-up serves to form the workpiece into a formed component 9. 2 already shows the formed component 9, which was pressed into the die by the fluid. Here, the formed component 9 is shown with a bulge (longitudinal section through the component) from the workpiece, which was pressed against the mold contour of the die 4 by means of the high-pressure impulse with the fluid.

Die Vorrichtung zum Hochdruckumformen von Werkstücken 8 weist ferner Messtechnik auf (nicht dargestellt), um den Druck des Fluids in der Presse kontinuierlich messen zu können. Somit kann das entsprechend gewünschte Druckniveau in der Presse überwacht und eingestellt werden.The device for high-pressure forming of workpieces 8 also has measuring technology (not shown) in order to be able to continuously measure the pressure of the fluid in the press. In this way, the desired pressure level in the press can be monitored and set.

Das Oberwerkzeug 3 weist vorzugsweise im Bereich der Matrize 4 eine Entlüftung (nicht dargestellt) auf. Somit kann Gas, das im abgedichteten Raum zwischen Werkstück 8 und Matrize 4 vorhanden ist, aus dem Oberwerkzeug 3 entweichen, wenn es im Umformprozess durch das umgeformte Bauteil 9 verdrängt wird.The upper tool 3 preferably has a vent (not shown) in the area of the die 4 . Gas that is present in the sealed space between the workpiece 8 and the die 4 can thus escape from the upper tool 3 if it is displaced by the formed component 9 in the forming process.

3 zeigt eine Prinzip-Skizze eines Schnittes durch die Vorrichtung in einem Zustand nach dem Umformprozess. 3 zeigt die Presse aus 1. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird auf die obige Beschreibung und die identischen Bezugszeichen verwiesen. 3 shows a basic sketch of a section through the device in a state after the forming process. 3 shows the press 1 . To avoid repetition, reference is made to the above description and the identical reference symbols.

Nach der Umformung öffnet die Presse, und das Oberwerkzeug 3 wird angehoben. Dabei sorgt der Überdruck dafür, dass das Fluid über den Rand des Fluidbeckens 5 strömt und einen Fluidfilm 10 bildet. Das ausgeströmte Fluid wird durch hinzugefügtes Fluid aus dem Niederdruck-Fluidanschluss 7 ausgeglichen.After the forming, the press opens and the upper tool 3 is raised. The overpressure ensures that the fluid flows over the edge of the fluid basin 5 and forms a fluid film 10 . The fluid that has flowed out is balanced by added fluid from the low-pressure fluid port 7 .

Durch die Oberflächenspannung bzw. die Fließkraft des Fluids kann das umgeformte Bauteil 9 mittels des Fluidfilms 10 aus der Presse heraus transportiert werden. Weiterhin kann ein kommendes, umzuformendes Werkstück 8 auf dem Fluidfilm 10 in die Presse transportiert werden. Hierdurch können das Werkstück 8 bzw. das umgeformte Bauteil 9 leicht und schonend transportiert werden. Hierbei kann der Fluidfilm 10 zudem gebildet werden, indem das Fluidbecken 5 kontinuierlich über den Niederdruck-Fluidanschluss 7 mit Fluid befüllt wird, so dass das überlaufende Fluidbecken 5 an dessen Rändern einen Fluidfilm 10 bildet. Das überlaufende Fluid wird mittels eines Auffangbeckens (nicht dargestellt) unterhalb der Presse aufgefangen. Das überlaufende Fluidbecken verhindert zudem, dass Gase (Luft) in den Fluidraum eindringen und aufgrund der Kompressibilität die Umformung beeinträchtigen.Due to the surface tension or the flow force of the fluid, the formed component 9 can be transported out of the press by means of the fluid film 10 . Furthermore, an approaching workpiece 8 to be formed can be transported into the press on the fluid film 10 . As a result, the workpiece 8 or the formed component 9 can be transported easily and gently. In this case, the fluid film 10 can also be formed by the fluid basin 5 being continuously filled with fluid via the low-pressure fluid connection 7 so that the overflowing fluid basin 5 forms a fluid film 10 at its edges. The overflowing fluid is caught by a catch basin (not shown) below the press. The overflowing fluid basin also prevents gases (air) from penetrating the fluid space and impairing the forming due to the compressibility.

Die Vorrichtung weist zudem ein Transportsystem (nicht dargestellt) auf. Das Transportsystem grenzt direkt an die Presse an und ist dazu konfiguriert, um Werkstücke 8 in horizontaler Richtung zu der Vorrichtung hin - und umgeformte Bauteile 9 von der Vorrichtung weg - zu transportieren. Das Transportsystem ist vorzugsweise als (Fließ-)Band konfiguriert. Somit können Werkstücke 8 und umgeformte Bauteile 9 schonend auf dem (Fließ-)Band transportiert werden. Das Transportsystem wird in der Umgebung der Presse durch den Fluidfilm 10 unterstützt, damit ein fließender Übergang zwischen Transportsystem und Presse gewährleistet wird.The device also has a transport system (not shown). The transport system is directly adjacent to the press and is configured to transport workpieces 8 horizontally towards the device - and formed components 9 away from the device. The transport system is preferably configured as a (conveyor) belt. Workpieces 8 and formed components 9 can thus be transported gently on the (assembly) line. The transport system is in the vicinity of the press through the fluid film 10 supported to ensure a smooth transition between the transport system and the press.

Die 4 bis 6 zeigen eine Prinzip-Skizze eines Schnittes durch eine alternative Ausführungsform die Vorrichtung in einem Zustand vor, während und nach dem Umformprozess.the 4 until 6 show a principle sketch of a section through an alternative embodiment of the device in a state before, during and after the forming process.

Bei dem zweiten (passiven) Ausführungsbeispiel, im Wesentlichen auf dem vorangehend beschriebenen, ersten (aktiven) Ausführungsbeispiel basiert und mit Ausnahme der im Folgenden genannten Unterschiede weitgehend identische Merkmale aufweist, kann das Hochdruck-Fluidsystem und damit eine Kostenposition hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit entfallen. Der Prozess wird einfacher aber auch weniger gut steuerbar. Der zur Umformung benötigte Hochdruck-Impuls wird beim zweiten (passiven) Ausführungsbeispiel dadurch erzeugt, dass das Oberwerkzeug 3 mit einem eintauchenden Stempel 11 (Gravur) mit hoher Geschwindigkeit (Impuls) auf das Unterwerkzeug 2 und das dazwischenliegenden Werkstück 8 auftrifft. Beim Auftreffen des Oberwerkzeugs 3 verschließt das Werkstück 8 das Fluidbecken 5 und dichtet dieses ab, wie in 4 dargestellt. Das Werkstück 8 wird von einem dem Stempel 11 vorauseilenden Niederhalter 12 gegen das Unterwerkzeug 2 gedrückt. Danach taucht der Stempel 11 geringfügig in das Werkstück 8 ein und drück dieses in das Fluidbecken 5 ein, wie in 5 dargestellt. Das so verdrängte Fluid und mit einem Hochdruck-Impuls beaufschlagte Fluid drückt wiederum das Werkstück 8 gegen den Stempel 11 und führt so zur Umformung des Werkstücks 8. Nach der Umformung öffnet die Presse, und das Oberwerkzeug 3 in Form von dem Stempel 11 und dem Niederhalter 12 wird angehoben, wie in 6 dargestellt. Der Stempel 11 ist im zweiten Ausführungsbeispiel gemäß den 4-6 vorteilhaft positiv (Patrize) ausgeformt, während im ersten Ausführungsbeispiel gemäß den 1-3 die formgebende Gravur als Matrize negativ ausgeführt ist. Bei den Kanälen ist der Unterschied gering, aber so, dass der Stempel 11 in der passiven Variante so tief eintauchen kann, dass das zur Umformung benötigte Fluidvolumen verdrängt wird.In the second (passive) exemplary embodiment, which is essentially based on the first (active) exemplary embodiment described above and has largely identical features with the exception of the differences mentioned below, the high-pressure fluid system and thus a cost item with regard to economic efficiency can be omitted. The process becomes simpler but also less controllable. In the second (passive) exemplary embodiment, the high-pressure pulse required for forming is generated in that the upper tool 3 with a plunging stamp 11 (engraving) hits the lower tool 2 and the workpiece 8 lying between them at high speed (pulse). When the upper tool 3 hits, the workpiece 8 closes the fluid basin 5 and seals it, as in FIG 4 shown. The workpiece 8 is pressed against the lower tool 2 by a hold-down device 12 which precedes the punch 11 . Then the stamp 11 dips slightly into the workpiece 8 and presses it into the fluid basin 5, as in FIG 5 shown. The fluid displaced in this way and subjected to a high-pressure pulse presses the workpiece 8 against the punch 11 and thus leads to the forming of the workpiece 8. After the forming, the press opens and the upper tool 3 in the form of the punch 11 and the hold-down device 12 is raised, as in 6 shown. The punch 11 is in the second embodiment according to 4-6 advantageously formed positive (patrix), while in the first embodiment according to 1-3 the shaping engraving is executed as a negative matrix. In the case of the channels, the difference is small, but such that the stamp 11 in the passive variant can immerse so deeply that the fluid volume required for forming is displaced.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Weitere Abänderungen und Variationen der Ausführungsbeispiele sind denkbar. So wäre ein Ausführungsbeispiel möglich, in dem die Presse eine Kurbel-, bzw. Kniehebelpresse ist. Sämtliche Ausführungen der Presse können sowohl mechanisch als auch hydraulisch geschlossen und geöffnet werden.The present invention is not limited to the exemplary embodiments described. Further modifications and variations of the exemplary embodiments are conceivable. An exemplary embodiment would be possible in which the press is a crank or toggle press. All versions of the press can be closed and opened both mechanically and hydraulically.

Zudem offenbart ist ein Ausführungsbeispiel, in dem die zu verarbeitenden Werkstücke 8 keine Werkstückrohlinge sind, sondern bereits teilbearbeitete Halbzeuge oder Platinen darstellen.In addition, an exemplary embodiment is disclosed in which the workpieces 8 to be processed are not workpiece blanks, but instead represent semi-finished products or blanks that have already been partially processed.

Des Weiteren sind Anzeigevorrichtungen, welche das Druckniveau während des Umformprozesses, Positionen der Werkstücke und den Prozessfortschritt anzeigen, denkbar.Furthermore, display devices that display the pressure level during the forming process, positions of the workpieces and the progress of the process are conceivable.

BezugszeichenlisteReference List

11: Aufspannplatte, Gestell der Presse, PressentischClamping plate, frame of the press, press table
22: Unterwerkzeuglower tool
33: Oberwerkzeugupper tool
44: Formgebungsabschnitt, Matrize, GravurShaping section, die, engraving
55: Fluidbeckenfluid basin
66: Fluidanschluss, Hochdruck-KanalFluid connection, high-pressure channel
77: Fluidanschluss, Niederdruck-KanalFluid connection, low-pressure channel
88th: Werkstück, Halbzeug, PlatineWorkpiece, semi-finished product, circuit board
99: umgeformtes Bauteilformed component
1010: Fluidfilmfluid film
1111: Formgebungsabschnitt, Patrize, StempelShaping section, patrix, punch
1212: Niederhalter, FixierungsabschnittHold-down, fixation section

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

DE 102013020280 B3 [0007]

Claims

Device for high-pressure forming of workpieces (8), in particular for the production of heat exchanger plates and bipolar plates, comprising: a mold with a shaping section (4, 11) and a fluid basin (5), between which the workpiece (8) for high-pressure forming can be arranged, characterized that the device is configured to generate a high-pressure pulse in the fluid basin (5), so that the workpiece (8) is pushed against the shaping section (4, 11) by the high-pressure pulse.

Device according to the preceding claim, characterized in that the device has at least one high-pressure fluid reservoir, the high-pressure pulse being able to be generated at least partially or completely by filling the fluid basin (5) with high-pressure fluid from the high-pressure fluid reservoir.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the high-pressure pulse is triggered at least partially or completely by closing the fluid basin (5), in particular with the workpiece, and reducing the volume of the fluid basin (5), in particular with the workpiece, to increase the Pressure of the fluid enclosed in the fluid basin (5) can be generated.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the mold is formed from a lower tool (2) and an upper tool (3), the upper tool (3) preferably having the shaping section (4, 11) and the lower tool (2) having the Having fluid basin (5).

Device according to one of the preceding claims , characterized in that the shaping section (4, 11) has the shape of a matrix (4) or a male mold (5).

Device according to one of the preceding claims , characterized in that the device has a fixing section (12) which can be moved separately from the shaping section (4, 11) and is configured to fix the workpiece (8) in relation to the fluid basin (5).

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the high-pressure fluid reservoir can communicate with the fluid reservoir (5) via a high-pressure channel (6), the device having at least one high-pressure valve for opening and closing the high-pressure channel (6 ) includes.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the device comprises a transport device in order to transport workpieces (8) into and/or out of the mold, the transport device preferably being designed as a conveyor belt.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the device has at least one low-pressure fluid reservoir which can communicate with the fluid basin (5) via a low-pressure channel (7) in order to fill the fluid basin (5) with low-pressure fluid, wherein the device preferably comprises at least one low-pressure valve for opening and closing the low-pressure channel (7).

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the mold can be transferred between an open position and a closed position, the device preferably having a pressing mechanism, preferably a crank or toggle lever pressing mechanism, to move the mold between the open position and the closed position to convert, wherein the press is particularly preferably mechanically or hydraulically actuated.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the mold has at least one ventilation opening in order to discharge gas that is displaced during the shaping of the workpiece (8) from the shaping section (4, 11).

Method for high-pressure forming of workpieces (8), in particular using the device according to one of the preceding claims, the method comprising the following steps: Placing a workpiece (8) in a mold having a shaping section (4, 11) and a fluid pool (5) such that the workpiece (8) is located between the shaping section (4, 11) and the fluid pool (5); Generating a high-pressure impulse in the fluid basin (5) in order to force the workpiece (8) against the shaping section (4, 11) by the high-pressure impulse.

Method according to the preceding claim, characterized in that the high-pressure pulse is generated at least partially or completely by filling the fluid basin (5) with high-pressure fluid from the high-pressure fluid reservoir.

Method according to one of the two preceding claims, characterized in that the high-pressure pulse is at least partially or fully constantly generated by closing the fluid pool (5), in particular with the workpiece, and reducing the volume of the fluid pool (5), in particular with the workpiece, to increase the pressure of the fluid enclosed in the fluid pool (5).

Method according to one of the three preceding claims, characterized in that the fluid basin (5) is made to overflow when the workpiece (8) is transported into and/or out of the mold, so that the workpiece (8) rests on a fluid film (10) floats up.

Method according to the preceding claim, characterized in that fluid is supplied to the fluid basin (5) during transport of the workpiece (8) into and/or out of the mold, preferably from a low-pressure fluid reservoir.

Method according to one of the five preceding claims, characterized in that the workpiece (8) seals the fluid basin (5) when it is filled with high-pressure fluid and/or that a pressure in the fluid basin when the mold is opened is greater than the ambient pressure.

Method according to one of the six preceding claims, characterized in that the volume of the high-pressure fluid which is supplied to the fluid basin (5) for the high-pressure forming of the workpiece (8), based on the surface of the workpiece (8) to be formed, is a maximum of 0.02 cm ³ per cm ² , preferably a maximum of 0.01 cm ³ per cm ² .

Method according to one of the seven preceding claims, characterized in that a pressure of the high-pressure fluid is in the range of 200 to 500 MPa, preferably in the range of 300 to 500 MPa, preferably in the range of 400 to 500 MPa and/or that a pressure of the low-pressure fluid is in the range of 1 to 10 MPa, preferably in the range of 2 to 10 MPa, preferably in the range of 5 to 10 MPa.