DE10248329A1

DE10248329A1 - Verfahren und Vorrichtung zum wirkmedienbasierten Umformen eines Bauteilrohling

Info

Publication number: DE10248329A1
Application number: DE2002148329
Authority: DE
Inventors: Peter Telgenbrok; Michael Dr. Hoogen
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2002-10-17
Filing date: 2002-10-17
Publication date: 2004-04-29

Abstract

Verfahren zum Umformen eines Bauteilrohlings mittels eines unter Druck stehenden Wirkmediums, wobei das Wirkmedium ein magnetorheologisches oder ein elektrorheologisches Medium ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Umformen eines Bauteilrohlings mittels eines unter Druck stehenden Wirkmediums gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Patentanspruch 5.

Wirkmedienbasierte Umformverfahren gewinnen zunehmend an Bedeutung für die Herstellung von Blechteilen mit komplexer Bauteilgeometrie. Zu den "wirkmedienbasierten Umformverfahren" zählen insbesondere das "Innenhochdruckumformen" und das "hydromechanische Umformen". Aus der DE 199 53 430 C2 ist ein Innenhochdruckumformwerkzeug bekannt. Das Innenhochdruckumformwerkzeug besteht aus einem Matrizensystem mit einem Oberwerkzeug und einem Unterwerkzeug, in das ein Bauteilrohling, z.B. ein zu verformendes Rohr, eingelegt wird. Das Rohr wird mit einem Wasser-Öl-Gemisch gefüllt und an den Enden verschlossen. Anschließend wird der Druck des als Wirkmedium verwendeten Wasser-Öl-Gemischs erhöht, was zu einer Ausdehnung des Rohrs entsprechend der Innenkontur des Matrizensystems führt.

Ein ganz ähnliches Prinzip wird beim hydromechanischen Umformen von Blechen eingesetzt. Mittels einer Blechmatrize wird das Blech in ein mit Wirkmedium gefülltes Fluidreservoir gedrückt. Das unter Druck stehende Wirkmedium presst das Blech gegen die Matrizenkontur, was zu einer entsprechenden Verformung des Blechs führt.

Bei den bekannten wirkmedienbasierten Umformverfahren hat das Wirkmedium im gesamten vom Wirkmedium eingenommenen Volumen den gleichen Druck. Es wäre wünschenswert, wenn man den Druck des Wirkmediums entsprechend dem herzustellenden Bauteil bedarfsgerecht einstellen könnte.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Umformen eines Bauteilrohlings mittels eines unter Druck stehenden Wirkmediums anzugeben, wobei der Druck des Wirkmediums in einzelnen vom Wirkmedium eingenommenen Volumenbereichen bedarfsgerecht einstellbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Der Kern der Erfindung besteht darin, als Wirkmedium ein magnetorheologisches oder ein elektrorheologisches Medium zu verwenden. Unter einem magnetorheologischen bzw. elektrorheologischen Medium ist ein Medium zu verstehen, dessen Viskosität bzw. Festigkeit durch Anlegen eines Magnetfeldes bzw. eines elektrischen Feldes veränderbar, insbesondere erhöhbar ist. Magnetorheologische und elektrorheologische Fluide sind also durch Anlegen eines magnetischen bzw. elektrischen Feldes temporär verfestigbar. Nach Abschalten des Feldes wird das Medium wieder so flüssig, wie es vor dem Anlegen des Feldes war.

Diese Eigenschaft magnetorheologischer bzw. elektrorheologischer Medien kann man sich bei der wirkmedienbasierten Baueilumformung zunutze machen. Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird ein Teilvolumen des vom Wirkmedium eingenommenen Gesamtvolumens einem elektrischen oder magnetischen Feld ausgesetzt. Bildlich gesprochen kann durch Anlegen eines magnetisch bzw. elektrischen Feldes bei der Umformung im Werkzeug ein "wandartiger Pfropf" erzeugt werden. Der wandartige Pfropf besteht aus "verfestigtem Wirkmedium". Das Feld kann so ausgerichtet werden, dass der Pfropf das vom Wirkmedium eingenommene Gesamtvolumen in zwei oder mehrere Teilvolumina unterteilt. In diesen Teilvolumina bleibt das Wirkmedium während des Umformvorganges flüssig. Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht nun darin, dass das Wirkmedium in den einzelnen Teilvolumina unterschiedliche Drücke haben kann. Die Höhe der Drücke kann entsprechend dem jeweiligen Bauteilbereich des herzustellenden Umformbauteils gewählt werden. In Bauteilbereichen, die sehr stark umgeformt werden müssen, kann ein höherer Wirkmediumdruck eingesetzt werden als in Bauteilbereichen, die weniger stark verformt werden müssen.

Im folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

1 Das Grundprinzip der Erfindung im Zusammenhang mit einem Innenhochdruckumformwerkzeug; und

2 bis 4 das Grundprinzip der Erfindung im Zusammenhang mit einem hydromechanischen Umformwerkzeug.

1 zeigt in schematischer Darstellung ein Innenhochdruckumformwerkzeug mit einem Oberwerkzeug 1 und einem Unterwerkzeug 2. Das Oberwerkzeug 1 und das Unterwerkzeug 2 weisen jeweils eine Innenkontur 3, 4 auf, die der Außenkontur eines herzustellenden Bauteils entspricht. Das Bauteil soll hier aus einem rohrförmigen Bauteilrohling 5 hergestellt werden. Der Bauteilrohling 5 wird zwischen das Oberwerkzeug 1 und das Unterwerkzeug 2 eingelegt und mit einem magnetorheologischen oder elektrorheologischen Medium, d.h. mit einer magnetorheologischen oder elektrorheologischen Flüssigkeit befällt. Der Bauteilrohling 5 wird seitlich abgedichtet. Anschließend wird das Medium unter Druck gesetzt, was zum "Aufblasen", d.h. zum Ausdehnen des Rohres 5 entsprechend der Innenkontur 3, 4 des Oberwerkzeugs 1 und des Unterwerkzeugs 2 führt.
Im Oberwerkzeug 1 und im Unterwerkzeug 2 sind jeweils ein Elektromagnet 6, 7 angeordnet. Mit den Elektromagneten 6, 7 kann im Werkzeug ein magnetisches Feld erzeugt werden, das in einem Teilvolumen 8 des vom Wirkmedium eingenommenen Gesamtvolumens das Wirkmedium durchsetzt. Bei Verwendung eines magnetorheologischen Wirkmediums kann das Wirkmedium im Teilvolumen 8 durch Anlegen eines magnetischen Feldes zu einem Pfropf verfestigt werden. Der Pfropf unterteilt das vom Wirkmedium eingenommene Gesamtvolumen in zwei voneinander separierte Teilvolumina 9, 10. In diesen beiden Teilvolumina können nun unterschiedliche Drücke p₁, p₂ aufgebracht werden. Beispielsweise kann der Druck p₂ größer sein als der Druck p₁. Je nach der herzustellenden Baueilgeometrie kann das vom Wirkmedium eingenommene Gesamtvolumen auch in mehrere Teilvolumina unterteilt werden. Es kann also auch mit mehr als zwei verschiedenen Drücken gearbeitet werden kann. Ein wesentlicher Vorteil besteht darin, dass die Umformdrücke in den einzelnen Werkstückbereichen entsprechend der herzustellenden Bauteilgeometrie eingestellt werden können. Hierzu kann das Werkzeug mehrere Anschlüsse für Wirkmedium aufweisen. Jedem „Teilvolumen" ist mindestens ein solcher Anschluss zugeordnet.
Alternativ zu dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel, bei dem eine magnetorheologische Flüssigkeit und Elektromagneten verwendet werden, können auch eine elektrorheologische Flüssigkeit und eine entsprechende Einrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Feldes verwendet werden.
Die 2 – 4 beschreiben das erfindungsgemäße Prinzip im Zusammenhang mit einem hydromechanischen Umformwerkzeug. Das Umformwerkzeug besteht aus einem dreiteiligen Oberwerkzeug, nämlich Niederhaltern 1a, 1b und einem Matrizenstempel 1c. Ein umzuformendes Blech 11 wird zwischen die Niederhalter 1a, 1b und ein Unterwerkzeug 2 eingespannt. Anschließend wird über einen ersten Fluidanschluss 12 ein durch das Blech 11 und das Unterwerkzeug 2 gebildetes Gesamtvolumen 13 mit einer rheologischen Flüssigkeit gefüllt, was zu einer Vorverformung, d.h. zu einer Auswölbung des Blechs 11 führt. Anschließend wird der Matrizenstempel 1c in Richtung zum Unterwerkzeug 2 hin verfahren. Dabei wird Wirkmedium über den Wirkmediumanschluss 12 abgeführt. Im Gesamtvolumen 13 herrscht also nur ein geringer Überdruck oder gar kein Überdruck (3). Dies führt zu einer weiteren Vorverformung des Blechs 11, was in 3 dargestellt ist.
Ähnlich wie bei dem Innenhochdruckumformwerkzeug der 1 sind auch hier im Oberwerkzeug, d.h. im Matrizenstempel 1c und im Unterwerkzeug jeweils ein Elektromagnet 6, 7 angeordnet. Durch Einschalten der Elektromagneten 6, 7 kann in einem Teilvolumen 14 des vom Wirkmedium eingenommenen Gesamtvolumens 13 das Wirkmedium pfropfartig verfestigt werden. Das Gesamtvolumen 13 wird also durch das "Pfropfvolumen" 14 in zwei Teilvolumina 15, 16 unterteilt. In den Teilvolumina 15, 16 können dann, wie bereits im Zusammenhang mit 1 erläutert, unterschiedliche Drücke aufgebracht werden. Das Teilvolumen 16 steht, wie bereits erläutert, mit dem Wirkmediumanschluss 12 in Verbindung. Das Teilvolumen 15 kann mit einem hier nicht eingezeichneten weiteren Wirkmediumanschluss verbunden sein. Über die Wirkmedienanschlüsse können dann die Drücke in den Teilvolumina 15, 16 eingestellt werden. Ganz wesentlich ist, wie bereits im Zusammenhang mit 1 beschrieben, dass die Drücke in den einzelnen Teilvolumina entsprechend der Geometrie des herzustellenden Bauteils und der Wandstärke des Bauteilrohlings unterschiedlich eingestellt werden können.

Claims

Verfahren zum Umformen eines Bauteilrohlings (5, 11) mittels eines unter Druck stehenden Wirkmediums, dadurch gekennzeichnet, dass das Wirkmedium ein magnetorheologisches oder ein elektrorheologisches Medium ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei beim Umformen des Bauteilrohlings (5, 11) zumindest ein Teilvolumen (8, 14) des Wirkmediums einem elektrischen oder magnetischen Feld ausgesetzt wird, wobei sich das Wirkmedium durch Anlegendes Feldes im Bereich des Feldes verfestigt.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Feld sich über einen gesamten Querschnitt des Bauteilrohlings (5, 11) erstreckt, so dass durch Anlegen des Feldes im Bereich des Querschnitts aus dem Wirkmedium ein wandartiger verfestigter Pfropf entsteht, der das von dem Wirkmedium eingenommene Gesamtvolumen (13) in mindestens zwei Teilvolumina (9, 10; 15, 16) unterteilt.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Drücke (p₁, p₂) in den beiden Teilvolumina (9, 10; 15, 16) unterschiedlich groß sind.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Vorrichtung eine Einrichtung (6, 7) zum Erzeugen eines elektrischen oder magnetischen Feldes aufweist, welches das Wirkmedium durchsetzt.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei mehrere Anschlüsse für Wirkmedium vorgesehen sind und jedem Teilvolumen mindestens ein solcher Anschluss zugeordnet ist.