DE10349699A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Innenhochdruckumformen eines umfänglich geschlossenen Hohlprofils - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Innenhochdruckumformen eines umfänglich geschlossenen Hohlprofils (2), wobei ein aus der Gravur (9) des Umformwerkzeuges (5) herausragendes Ende (10) des Hohlprofils (2) mittels einer Abdichtvorrichtung (6, 28, 29), die einen Axialstempel (7) mit einem in das Hohlprofil (2) eintauchenden Abschnitt (8) beinhaltet, abgedichtet und gehalten wird, wonach das Hohlprofil (2) mittels fluidischen Innenhochdrucks aufgeweitet wird. Um in relativ einfacher Weise die Herstellung eines Hohlprofils (2) zu ermöglichen, das während des Innenhochdruckumformprozesses endseitig bzgl. seines Innendurchmessers unverformt bleibt und seine Anfangslänge beibehält, wird vorgeschlagen, dass ein Axialstempel (7) verwendet wird, dessen Außendurchmesser auf dem eintauchenden Abschnitt (8) gleich dem Innendurchmesser des Hohlprofilendes (10) ist oder diesen geringfügig unterschreitet, und dass das Hohlprofilende (10) radial von außen mittels zumindest einem auf dieses verfahrenen Spannbacken (16) der Abdichtvorrichtung (6, 28, 29) am Axialstempel (7) lagebeständig angepresst wird. Gleicherweise wird eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens angegeben.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Innenhochdruckumformen eines umfänglich geschlossenen Hohlprofils gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie eine Vorrichtung hierzu gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 5.
• Ein gattungsgemäßes Verfahren bzw. eine gattungsgemäße Vorrichtung ist aus der US 6 502 822 B1 bekannt. Bei dem dort beschriebenen bekannten Verfahren wird ein Hohlprofilrohling in ein offenes Innenhochdruckumformwerkzeug eingelegt. Sodann fährt die Umformpresse mit dem Obergesenk des Umformwerkzeuges auf den Hohlprofilrohling herunter, bis dieser zwischen den beiden Gesenkteilen, d. h. dem Obergesenk und dem Untergesenk des Umformwerkzeuges, fixiert ist. Der Hohlprofilrohling ist in seiner Länge derart gestaltet, dass zumindest eines seiner Enden aus der Gravur des Umformwerkzeuges herausragt. Nach der Fixierung des Rohlings wird auf dessen Ende eine Abdichtvorrichtung aufgeschoben, welche einen Axialstempel beinhaltet. Der Axialstempel weist einen konischen Abschnitt auf, mit dem er in das Ende des Hohlprofilrohlings eintaucht. Zur Rückseite des Axialstempels geht der konische Abschnitt in einen zylindrischen Abschnitt über. Im Bereich dieses Überganges ist der Axialstempel von einem metallischen Dichtungsring umgeben, der innerhalb einer den Axialstempel umgebenden Hülse aufgenommen ist, die ihrerseits in einem Gehäuse der Abdichtvorrichtung befestigt ist. Im Übergangsbereich zwischen der konischen und der zylindrischen Form weist der Axialstempel hinsichtlich seines Durchmessers Übermaß gegenüber dem Innendurchmesser des Hohlprofilendes auf und bildet mit dem Dichtungsring einen Ringspalt aus, in den das Hohlprofilende beim Aufschieben der Dichtungsvorrichtung eingesteckt wird. Aufgrund des Übermaßes des Axialstempels in seinem Übergangsbereich wird dabei das Hohlprofilende aufgeweitet und gegen den Dichtungsring gepresst, so dass das Hohlprofilende am Axialstempel in der Gebrauchsstellung der Dichtungsvorrichtung in einer Presspassung zu liegen kommt. Anschließend wird der Hohlprofilrohling über einen Axialkanal, der im Axialstempel ausgebildet ist, mit einem Druckfluid befüllt. Die Umformpresse fährt nun weiter nach unten, bis das Obergesenk auf dem Untergesenk zu liegen kommt. Aufgrund der Befüllung des Hohlprofilrohlings erfährt dieser eine innere Abstützung gegenüber der Presskraft des Obergesenkes, wodurch verhindert wird, dass der Hohlprofilrohling infolge der Presskraft des Obergesenkes einknickt. In der erreichten Abdichtstellung der Abdichtvorrichtung und bei geschlossenem Innenhochdruckumformwerkzeug wird schließlich der Hohlprofilrohling mittels fluidischem Innenhochdruckes, der durch eine rückseitig an den Axialstempel angeschlossene Fluidhochdruckerzeugungsanlage ausgeübt wird, in die gewünschte Endform des Hohlprofils aufgeweitet, welche durch die Gravurform des Umformwerkzeuges definiert ist. Da das herausragende Ende des Hohlprofilrohlings durch den Axialstempel während der Einnahme der Abdichtstellung aufgeweitet wird, ist dieses Ende für eine weitere Verwendung des Hohlprofils zumeist unbrauchbar, so dass es in einem auf den Umformprozess darauffolgenden Bearbeitungsvorgang abgetrennt werden muss. Dies ist für den gesamten Herstellungsprozess des Hohlprofilen aufwendig und kostet Prozesszeit. Des Weiteren ist dadurch der Hohlprofilrohling immer länger auszulegen als dies für die gewünschte Endform des Hohlprofils erforderlich wäre. Durch den dabei anfallenden Metallschrott werden Materialressourcen verschwendet.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren dahingehend weiterzubilden, dass in relativ einfacher Weise die Herstellung eines Hohlprofils ermöglicht wird, das während des Innenhochdruckumformprozesses endseitig bzgl. seines Innendurchmessers unverformt bleibt und seine Anfangslänge beibehält. Des Weiteren soll eine Vorrichtung angegeben werden, mit der dies ermöglicht wird.
• Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 hinsichtlich des Verfahrens und durch die Merkmale des Patentanspruches 5 hinsichtlich der Vorrichtung gelöst. Aufgrund der Erfindung wird der Hohlprofilrohling durch den eintauchenden Axialstempel an seinem Ende weder aufgeweitet noch hinsichtlich des Innendurchmessers des Hohlprofilrohlings in sonst irgendeiner Weise verformt. Trotzdem wird der Hohlprofilrohling durch die Anpressung an den Axialstempel mittels des von außen radial angreifenden Spannbackens während des gesamten Herstellungsvorganges sicher gehalten. Es wird dadurch verhindert, dass der Hohlprofilrohling während des Innenhochdruckumformprozesses vom Axialstempel abgezogen werden kann und somit dessen Abdichtwirkung verringert, wenn nicht gar aufhebt. Da der Hohlprofilrohling beim Umformen aufgrund des festen, axial unverrückbaren Haltes endseitig nicht in die Gravur einziehen kann, bleibt einerseits die ursprüngliche Baulänge des Hohlprofilrohlings von der Umformung unberührt. Andererseits kann kein Hohlprofilrohlingsmaterial vom Ende her in den Formraum nachfließen, so dass insbesondere bei langen Umformstrecken, d. h. langgezogenen Formräumen im Umformwerkzeug, an jeder Stelle des Hohlprofilrohlings eine weitgehend gleichmäßige Wandstärkenverteilung vorherrscht. Dies ist ganz besonders dann wichtig, wenn der Hohlprofilrohling eine Bauteilschlange darstellt, aus der nach erfolgter Umformung in einem anschließenden Trennprozess mehrere gleichgestaltete Einzelbauteile erzeugt werden sollen, da hinsichtlich der Qualitätssicherung bei jedem Einzelbauteil gleiche wanddickenabhängige, mechanische Funktionseigenschaften gewährleistet sein müssen. Durch die Erfindung wird daher die Ausschussrate minimiert. Da durch das erfindungsgemäße Verfahren das Hohlprofilende in seiner Form nicht durch eine Aufweitung geändert wird und auch zumindest der Innendurchmesser erhalten bleibt, kann ein nachträglicher Endenbeschnitt entfallen, was Prozesszeit einspart und die Kosten für den gesamten Herstellungsprozess reduziert. Da somit für den Hohlprofilrohling kein Zusatzmaterial vorgehalten werden muss, das – wie erwähnt – nachträglich abgetrennt werden muss, ist der Herstellungsprozess sehr ressourcenschonend und aufwandsparend. Hierzu kann gänzlich auf die rechnerische und/oder erheblich aufwendigere empirische Ermittlung des vorzuhaltenden Hohlprofilrohlingsmaterials verzichtet werden.
• In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 2 erfolgt die Anpressung mit einem den Innenhochdruck übersteigenden oder diesem entsprechenden Andruck. Durch die Andruckgestaltung der Anpressung kann besonders gut einem Abziehen des Hohlprofilrohlings vom Axialstempel während des Innenhochdruckumformens entgegengewirkt werden, da die aus dem Innenhochdruck resultierenden Zugkräfte durch die Anpresskraft zumindest kompensiert werden. Dies trifft in besonderer Weise auf die Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach Anspruch 6 zu, bei der der Spannbacken an seiner durch das Presselement an der Außenseite des Hohlprofilendes angepressten Unterseite eben ausgebildet ist. Bei der dabei erreichten, allein auf einem Reibschluss basierenden Presspassung des Hohlprofilrohlingsendes zwischen dem Presselement und dem Axialstempel sind derartige Druck- bzw. Kraftverhältnisse gegen ein Abziehen des Hohlprofilendes vom Axialstempel vorteilhaft. Aufgrund der Ebenheit des Spannbackens an seiner Pressfläche bleibt neben der Form des Hohlprofilendes nicht nur der ursprüngliche Innendurchmesser, sondern auch der Anfangsaußendurchmesser des Hohlprofilendes erhalten. Das heißt, dass der Hohlprofilrohling an seinem Ende trotz der abdichtenden Einspannung und den aus der Innenhochdruckumformung wirkenden Kräfte völlig unverändert bleibt und damit seine ursprüngliche Form während des gesamten Herstellungsprozesses des Hohlprofils beibehält. Hierbei ist es steuerungstechnisch vorteilhaft, wenn die Drucksteuerung für den Anpressdruck der Spannbacken mit der Drucksteuerung für die Erzeugung des Innenhochdruckes gekoppelt ist, wobei der Prozessablauf in einem gemeinsamen Fluidkreislauf mit gleichem Druckfluid und gegebenenfalls mit einem einheitlichen Druck erfolgen könnte.
• In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 3 wird das Hohlprofilende beim Anpressen mittels einer am Spannbacken angeordneten Ringzacke eingekerbt. Durch den dabei erreichten Formschluss wird nicht nur der Halt des Hohlprofilendes zwischen dem Spannbacken und dem Axialstempel verstärkt, sondern es wird auch der axiale Stofffluss innerhalb des Hohlprofilendes unterbrochen, was ein Wegkriechen des Hohlprofilmaterials an seinem Ende in Richtung Umformwerkzeuggravur verhindert. Daraus resultiert, dass geringere Anpresskräfte aufgewendet werden müssen, um der Einziehbewegung, die bei der Innenhochdruckumformung verursacht wird, ausreichend Widerstand entgegenzusetzen. Aufgrund der aufzubringenden geringeren Anpresskräfte bedeutet dies eine Reduzierung des apparativen Aufwands zum sicheren Klemmen des Hohlprofilendes zwischen dem Spannbacken und dem Axialstempel. Diese Vorteile gehen in gleicher Weise aus der Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach Anspruch 7, die mit der Weiterbildung des Anspruchs 3 korrespondiert, hervor.
• In einer weiteren, besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 4 erfolgt das Anpressen während des Schließvorganges des Umformwerkzeuges. Hierbei wird schon in sehr frühem Stadium des Herstellungsprozesses ein fester und sicherer Halt des Hohlprofilendes erreicht. Dies ist insbesondere dann zwingend notwendig, wenn der Hohlprofilrohling aus der Schließbewegung des Umformwerkzeuges heraus durch das Obergesenk gequetscht und damit vorprofiliert wird, was unweigerlich ein Einziehen der Hohlprofilrohlingsenden in die Gravur des Umformwerkzeuges zur Folge haben würde. Mit der Weitergestaltung der Erfindung nach Anspruch 4 wird somit ein vorprofilierungsbedingtes Einziehen des Hohlprofilrohlingsendes verhindert.
• Eine weitere, besonders bevorzugte Weitergestaltung der Erfindung nach Anspruch 8 ist darin verankert, dass der Spannbacken und das Presselement entlang der Erstreckung des Axialstempels relativ zueinander bewegbar sind und dass der Spannbacken an seiner Außenseite eine keilförmige Betätigungsfläche aufweist, die in Wirkverbindung zwischen dem Presselement und dem Spannbacken an einer formgleichen Pressfläche des Presselementes anliegt. Aufgrund der Ausbildung von Keilflächen an Spannbacken und Presselement kann der Spannbacken in einfacher Weise vom Presselement zum einen pressend betätigt werden und zum anderen in der Presslage, ohne die Notwendigkeit im weiteren besonders hohe Kräfte aufzubringen, verriegelt werden. Die Betätigung des Spannbackens entlang der Erstreckung des Axialstempels verbessert die Zu gänglichkeit der Betätigung und vermeidet eine Behinderung bei der Schließbewegung des Umformwerkzeuges.
• In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 9 ist der Spannbacken am Axialstempel schwenkbar gehalten. Hierdurch können unter Verringerung des apparativen Aufwandes zusätzliche Halterungen entfallen. Gleichzeitig bleibt dadurch der Wirkbereich des Spannbackens relativ klein, so dass die Abdichtvorrichtung relativ kompakt gebaut werden kann. Zusätzlich zur Schwenkbarkeit des Spannbackens erscheint es vorteilhaft, wenn diesem die Möglichkeit gegeben ist, bei Entlastung des Presselementes elastisch zurückfedern zu können. Dies kann beispielsweise durch eine Druckfeder erfolgen, die zwischen dem Spannbacken und dem Axialstempel sich abstützt. Durch die elastische Rückfederung wird der Handlingsaufwand zum Abkoppeln der Abdichtvorrichtung von dem umgeformten Hohlprofil reduziert, da dies durch die Federentlastung selbsttätig erfolgt.
• In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 10 ist das Presselement hülsenförmig ausgebildet und auf dem Axialstempel axial verschiebbar angeordnet. Hierbei wird die Führung des Presselementes vereinfacht, da diese über den Axialstempel erreicht wird, wobei die Pressbetätigung des Presselementes am Spannbacken lediglich aus einer axialen Verfahrbewegung heraus resultiert. Radial ist das Presselement nicht extra zu halten, da es in diesem Fall von seinem eigenen unteren Umfangsbereich zumindest mittelbar am Axialstempel gehalten wird.
• An dieser Stelle soll angemerkt werden, dass es für einen gleichmäßigen Halt des Hohlprofilrohlingsendes günstig ist, wenn die Abdichtvorrichtung mindestens zwei gegenüberliegende Spannbacken enthält, die von mehreren Presselementen oder im Falle der Hülsenform durch ein einziges Presselement in einfacher Weise gehalten werden.
• In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 11 ist das Presselement durch das Umformwerkzeug selbst gebildet. Hierbei ist das Presselement nicht verschiebbar, sondern bildet einen starren integralen Bestandteil des Umformwerkzeuges. Bei geeigneter Auslegung kann dabei in der Eintauchbewegung des Axialstempels der bzw. die Spannbacken durch die Zusammenwirkung mit dem Umformwerkzeug selbsttätig auf das Hohlprofilende gepresst werden. Alternativ ist auch eine relative Verschiebbarkeit des bzw. der Spannbacken entlang des Axialstempels denkbar, wobei die Anpressung der Spannbacken am Hohlprofilende auch nach dem Eintauchen des Axialstempels in das Hohlprofil erfolgen kann. Durch den Entfall des separaten Presselementes und der Übernahme dessen Funktion durch das Umformwerkzeug wird die Abdichtvorrichtung und damit die gesamte Herstellungsvorrichtung erheblich vereinfacht, ohne Einbußen in der Funktionalität der Abdichtvorrichtung zu erhalten. Darüber hinaus ist nicht nur die Bauweise der Abdichtvorrichtung, sondern auch deren Handhabbarkeit durch die erwähnte Weitergestaltung vereinfacht. Zudem kann die Vorrichtung auch bei der Verwendung von kürzeren Hohlprofilrohlingen, deren Hohlprofilende nicht über die Abschlusskante hinausragt, eingesetzt werden.
• In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung nach Anspruch 12 ist das Presselement ein abkragender Teil des Axialstempels, der mit diesem starr verbunden ist. Der Spannbacken ist dabei Bestandteil des Umformwerkzeuges und an dessen Außenseite radial verschiebbar geführt. Auch diese Weiterbildung der Erfindung stellt eine bauliche Vereinfachung der Herstellungsvorrichtung bzw. der Abdichtungsvorrichtung dar, da das Presselement von einer Ausformung des Axialstem pels gebildet ist und somit kein separates Bauteil mehr darstellt. Des Weiteren ist der Spannbacken bzw. die Spannbacken vom Axialstempel abgekoppelt. Hierbei entfällt eine axiale Verschiebung des Spannbackens, was dessen Bewegung kinematisch vereinfacht.
• Im Folgenden ist die Erfindung anhand mehrerer in den Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.
• Dabei zeigt:
• 1 in einem seitlichen Längsschnitt eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem hülsenförmigen Presselement in zwei Ansichten, wobei die obere Hälfte der Figur eine Nichtgebrauchslage der Abdichtvorrichtung und die untere Hälfte der Figur eine Gebrauchsstellung der Abdichtvorrichtung wiederspiegelt,
• 2 in einem seitlichen Längsschnitt eine erfindungsgemäße Vorrichtung in gleicher Stellungsdarstellung der Abdichtvorrichtung wie in 1 mit in einem Umformwerkzeug integrierten Presselement,
• 3 in einem seitlichen Längsschnitt eine erfindungsgemäße Vorrichtung in gleicher Stellungsdarstellung der Abdichtvorrichtung wie in 1 und 2 mit in das Umformwerkzeug integriertem Spannbacken und am Axialstempel ausgeformtem Presselement.
• In 1 ist eine Vorrichtung 1 zum Innenhochdruckumformen eines umfänglich geschlossenen Hohlprofils 2 dargestellt, welche ein aus einem Obergesenk 3 und einem Untergesenk 4 bestehenden Innenhochdruckumformwerkzeug 5 sowie eine Abdichtvorrichtung 6 beinhaltet. Die Abdichtvorrichtung 6 weist einen Axialstempel 7 auf, der in das Hohlprofil 2 mit einem Ab schnitt 8 eintaucht, und dient zum Halten und Abdichten eines aus der Gravur 9 des Umformwerkzeuges 5 herausragenden Endes 10 des Hohlprofils 2. Die Vorrichtung 1 beinhaltet des Weiteren eine Fluidhochdruckerzeugungsanlage, mittels derer das Hohlprofil 2 mit fluidischem Innenhochdruck in die gewünschte Endform aufgeweitet wird.
• Der Axialstempel 7 erweitert sich von seinem Abschnitt 8 zum restlichen Stempelkörper hin stufig unter Ausbildung eines Absatzes 11, mittels dem der Axialstempel 7 an der Abschlusskante 12 des Hohlprofilendes 10 unter Einnahme der Gebrauchsstellung anschlägt. Der Abschnitt 8 des Axialstempels 7 ist derart bemessen, dass er in Gebrauchsstellung des Axialstempels 7 auf einer bestimmten Erstreckungslänge im Umformwerkzeug 5 zu liegen kommt. Durch die dabei erzielte Lagerung bleibt der Axialstempel 7 zentriert ausgerichtet, was die Beständigkeit der Abdichtfunktion des Axialstempels 7 begünstigt. An dessen Stirnseite 13 ist eine umlaufende Einführphase 14 ausgebildet, durch die der Abschnitt 8 des Axialstempels 7 leichter in das Hohlprofilende 10 eingefädelt werden kann. Im Axialstempel 7 verlaufen mehrere axiale Durchgangskanäle 15, die einerseits mit der Fluidhochdruckerzeugungsanlage verbunden sind und andererseits an der Stirnseite 13 des Axialstempels 7 ausmünden. Der Außendurchmesser des Axialstempels 7 auf dem eintauchenden Abschnitt 8 ist so bemessen, dass er dem Innendurchmesser des Hohlprofilendes 10 entspricht oder diesen geringfügig unterschreitet, so dass der Abschnitt 8 spielfrei, jedoch ohne plastische Aufweitung des Hohlprofilendes 10, oder mit geringem Spiel im Hohlprofilende 10 zu liegen kommt.
• Die Abdichtvorrichtung 6 enthält des Weiteren zwei kreissegmentartige Spannbacken 16 und ein Presselement 17. Die Spannbacken 16 sind am Axialstempel 7, wie hier angedeutet ist, gemäß dem Doppelpfeil schwenkbar gehalten und umgeben in Gebrauchsstellung des Axialstempels 7 das aus dem Umformwerkzeug 5 herausragende Ende 10. In dem dieses umgebenden Bereich der Spannbacken 16 weisen diese an ihrer Unterseite 18 gemeinsam eine Ringzacke 19 auf, wobei hier jeder Spannbacken 16 einen Halbring der Ringzacke 19 trägt.
• Das Presselement 17 ist hülsenförmig ausgebildet und auf dem Axialstempel 7 über eine Antriebsvorrichtung axial verschiebbar angeordnet. Das Presselement 17 weist an seiner Stirnseite 20 eine trogartige Vertiefung 21 auf, deren seitliche Wände zur Stirnseite 20 sich konisch erweitern und dabei keilförmige Pressflächen 22 für die Spannbacken 16 bilden. Die Ausgestaltung der Pressflächen 22 entspricht der Ausbildung einer keilförmigen Betätigungsfläche 23, die an der Außenseite 24 der Spannbacken 16 auf einem außerhalb des Umgebungsbereiches des Hohlprofilendes 10 sich erstreckenden Abschnitt des Spannbackens 16 angeordnet ist. Hierdurch verjüngt sich die Außenseite 24 der Spannbacken 16 zum Presselement 17 formentsprechend in gleichem Maße, wie dieses sich an seiner Innenseite zu dem Spannbacken 16 hin erweitert.
• Zum Verfahrensablauf wird das Hohlprofil 2 in das Untergesenk 4 des Umformwerkzeuges 5 eingelegt, wonach in beide Enden 10 des Hohlprofils 2 der Abschnitt 8 des Axialstempels 7 eingeschoben wird, bis dessen Absatz 11 an der Abschlusskante 12 des Hohlprofilendes 10 anschlägt. Die nun dieses umgebenden Spannbacken 16 treten nun in Wirkverbindung mit dem hülsenförmigen Presselement 17, welches zum Umformwerkzeug 5 und damit zu den Spannbacken 16 hin verschoben wird. Dabei beaufschlagen die Pressflächen 22 die Betätigungsfläche 23 der Spannbacken 16, wonach diese auf die Außenseite 25 des Hohlprofilendes 10 verschwenkt werden. In Endstellung des Presselements 17 liegen dessen Pressflächen 22 planar an der Betätigungsfläche 23 der Spannbacken 16 an, wobei gleichzeitig das Hohlprofilende 10 an seiner Außenseite 25 mittels der Ringzacke 19 der Spannbacken 16 durch die von dem Presselement 17 beim axialen Verfahren zu den Spannbacken 16 hin auf diese ausgeübte Presskraft eingekerbt wird. Durch die erzielte Umgreifung der Spannbacken 16 durch das Presselement 17 werden die Spannbacken 16 gegenüber einer Öffnungsbewegung nach außen verriegelt. Alsdann wird das Obergesenk 3 des Umformwerkzeuges 5 abgesenkt, bis es auf dem Untergesenk 4 und außerhalb der Gravur 9 auch auf dem Hohlprofil 2 zu liegen kommt. Der Schließvorgang des Umformwerkzeuges 5 ist nun abgeschlossen, wobei währenddessen die Abdichtvorrichtung weiterhin in ihrer Gebrauchsstellung verharrt und das Presselement 17 die Spannbacken 16 derart an das Hohlprofilende 10 presst, dass ein Einziehen des Hohlprofilendes 10 durch das Obergesenk 3 bei der Schließbewegung in die Gravur 9 verhindert wird.
• Nun wird das Hohlprofil 2 mittels der Fluidhochdruckerzeugungsanlage mit einem Druckfluid über die Durchgangskanäle 15 befüllt, wonach das Druckfluid auf einen Innenhochdruck gespannt wird. Dadurch weitet sich das Hohlprofil 2 auf und legt sich an die Wandungen der Gravur 9 konturtreu an. Während dieser Aufweitung werden die Spannbacken 16 weiterhin radial von außen durch das Presselement 17 auf das Hohlprofilende 10 gepresst, so dass die Spannbacken 16 das Hohlprofilende 10 lagebeständig fixieren und damit keinen Einzug dieser Hohlprofilenden 10 ermöglichen.
• Nach der gewünschten Ausformung des Hohlprofils 2 wird das Druckfluid entspannt und aus dem Hohlprofil 2 abgeleitet. Das Umformwerkzeug 5 öffnet sich, wobei das Obergesenk 3 angehoben wird. Danach wird das Presselement 17 durch seine Antriebsvorrichtung zurückgezogen, wodurch die Spannbacken 16 freigegeben werden. Durch ein hier nicht weiter angeführtes Rückstellelement werden die Spannbacken 16 gemäß dem Doppelpfeil radial auseinandergetrieben, wodurch sich die Ringzacke 19 aus dem Hohlprofilende 10 löst. Die Abdichtvorrichtung 6 wird anschließend zurückgezogen, wodurch der Axialstempel 7 aus dem Hohlprofilende 10 herausfährt und das Hohlprofil 2 zur Entnahme aus dem Umformwerkzeug 5 nun endgültig freigegeben ist. Die durch die Ringzacke erzeugte Kerbe kann beispielsweise bei der Weiterverwendung des Hohlprofils 2 bei einem Fügevorgang mit anderen Bauteilen in vorteilhafter Weise genutzt werden. Es sei hier noch einmal erwähnt, dass in 1 die obere Hälfte der Zeichnung die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 in Nichtgebrauchsstellung der Abdichtvorrichtung 6 und die untere Hälfte der 1 die Vorrichtung 1 mit der Abdichtvorrichtung 6 in Gebrauchsstellung aufgezeigt ist.
• In Abweichung zum oben beschriebenen Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung 1 in 2 kein separates Presselement 17 auf. Stattdessen ist das Presselement 17 durch das Umformwerkzeug 5 selbst gebildet, wobei an dessen den Spannbacken 16 zugewandten Außenseite 26 eine Aussparung 27 ausgebildet ist, deren Wände sich zu den Spannbacken 16 hin konisch erweitern und hiermit die Pressflächen 22 eines Presselementes 17 bilden. Dementsprechend ist die keilförmige Betätigungsfläche 23 der Spannbacken 16 an der Außenseite 24 im Bereich ihrer Stirnseite 28 ausgebildet, wobei sie sich zum Umformwerkzeug 5 hin formentsprechend zu den Pressflächen 22 verjüngt.
• Die Arbeitsweise der hier dargestellten Abdichtvorrichtung 28 kann auf zweierlei Arten erfolgen. Unter der Voraussetzung, dass das Hohlprofil 2 beim Schließen des Umformwerkzeuges 5 nicht gequetscht wird und somit dessen Enden 10 auch nicht eingezogen werden, wird das Hohlprofil 2 in das Untergesenk 4 des Umformwerkzeuges 5 eingelegt, wonach das Umformwerkzeug 5 geschlossen wird. Anschließend wird der Axialstempel 7 mit den Spannbacken 16 auf die Außenseite 26 des Umformwerkzeuges 5 verschoben, wodurch der Abschnitt 8 des Axialstempels in das Hohlprofilende 10 eintaucht und bei Weiterbewegung des Axialstempels 7 auch der mit der Betätigungsfläche 23 ausgestaltete Abschnitt der Spannbacken 16 in die Aussparung 27 des Umformwerkzeuges 5 eingeführt wird. Die Betätigungsfläche 23 der Spannbacken 16 wird in der axialen Verfahrbewegung des Axialstempels 7 entlang der Pressflächen 22 des Presselements 17, das im Umformwerkzeug einstückig integriert ist, geführt und dabei radial auf die Außenseite 25 des Hohlprofilendes 10 gedrückt. Die Abmessungen der Aussparung 27 müssen natürlich so gestaltet sein, dass bei Vorhandensein einer Ringzacke 19 an den Spannbacken 16 die Ringzacke 19 in die Außenseite 25 des Hohlprofilendes 10 hineingepresst werden kann oder dass Aussparung 27 bei Nichtvorhandensein einer Ringzacke 19 Untermaß gegenüber dem das Hohlprofilende 10 umgebenden Abschnitt des Spannbackens 16 aufweist, so dass in diesem Fall die Spannbacken 16 mit dem Hohlprofilende 10 unter Ausbildung einer Presspassung reibschlüssig verbunden werden.
• Der weitere Verfahrensablauf muss Platzgreifen, wenn bei der Schließbewegung des Umformwerkzeuges 5 das Hohlprofil 2 entlang der Erstreckung seiner Gravur 9 gequetscht wird. Hierbei fährt der Axialstempel 7 und die Spannbacken 16 in Endstellung, d. h. der Axialstempel 7 schlägt an der Abschlusskante 12 des Hohlprofilendes mit seinem Absatz 11 an, wobei die Spannbacken 16 das Hohlprofilende 10 umgeben. In der Schließbewegung drückt nun das Obergesenk 3 mit der Pressfläche 22 auf die Betätigungsfläche 23 des oberen Spannbackens 16 und drückt dessen Ringzacke 19 in das Hohlprofilende 10. In Gebrauchsendstellung der Abdichtvorrichtung 28 wird das Hohlprofilende 10 im unteren Bereich bereits durch den unteren Spannbacken 16 eingekerbt, da dieser bereits in den unteren Teil der Aussparung 27 einfahren kann und von der dortigen Pressfläche 22 auf das Hohlprofilende 10 gedrückt werden kann, so dass dort, unter innerer Abstützung durch den eintauchenden Abschnitt 8 des Axialstempels 7, das Hohlprofilende eingekerbt und dadurch schon relativ sicher gehalten werden kann. Nach Abschluss des Schließvorganges ist das Hohlprofilende 10 zwischen dem Spannbacken 16 und dem Axialstempel 7 unverrückbar eingeklemmt, da das Umformwerkzeug 5 die Spannbacken 16 pressend umgreift und dabei eine Aufspreizung der Spannbacken 16, die ansonsten bei der Aufweitung des Hohlprofils 2 mittels des fluidischen Innenhochdruckes erfolgen würde, verriegelnd entgegentritt. Es sei dabei angemerkt, dass die Pressflächen 22 und die Lage der Betätigungsfläche 23 des oberen Spannbackens 16 so ausgelegt sein müssen, dass die Anpressung des Spannbackens 16 an das Hohlprofilende 10 bereits dann erfolgt, bevor die Quetschung des Hohlprofils 2 durch das Obergesenk 3 des Umformwerkzeuges 5 erst auftritt.
• Eine weitere Variante der Erfindung zeigt 3. Die dortige Abdichtvorrichtung 29 weist Spannbacken 16 auf, die Bestandteil des Umformwerkzeuges 5 sind und an dessen Außenseite 26 radial verschiebbar geführt sind. Das Presselement 17 ist hier nun ein abkragender Teil 30 des Axialstempels 7, der mit diesem starr und in vorliegenden Fall einstückig verbunden ist, wobei dieser Teil 30 in Anlehnung an die hülsenförmige Ausbildung des Presselementes 17 aus dem Beispiel von 1 an seiner Innenseite konisch zum Umformwerkzeug 5 sich erweiternde Pressflächen 22 aufweist. Mit Eintauchen des Abschnitts 8 des Axialstempels 7 in das Hohlprofilende 10 treten die Pressflächen 22 mit den Betätigungsflächen 23 der Spannbacken 16 in Wirkverbindung, wonach die mit entsprechen den formgleichen Betätigungsflächen 23 ausgebildeten Spannbacken 16 radial einwärts auf das Hohlprofilende 10 gepresst werden und die Ringzacke 19 in die Außenseite 25 des Hohlprofilendes 10 kerbend eindringt. Das Hohlprofilende 10 wird dabei zwischen der Außenseite 31 des Abschnitts 8 des Axialstempels 7 und den Spannbacken 16 axial unverrückbar eingeklemmt, wobei durch die Einkerbung mittels dem Ringzacken 19 zusätzlich ein Formschluss zwischen der Abdichtvorrichtung und dem Hohlprofilende 10 gegeben ist, welcher einen zusätzlichen Halt des Hohlprofilendes 10 an deren Abdichtvorrichtung 29 erbringt. Die Endstellung der Gebrauchslage des Axialstempels 7 ist dann erreicht, wenn die Stirnseite 32 des abkragenden Teils 30 des Axialstempels 7 an der Außenseite 26 des Umformwerkzeuges 5 oberhalb der Spannbacken 16 anschlägt. Spannbacken 16 und Hohlprofilende 10 sind dabei vom Axialstempel 7 umgriffen, welcher allein für die Verriegelung der Spannbacken 16 in der Gebrauchsstellung der Abdichtung sorgt. Wie bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen auch, ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Anordnung eines oder mehrerer Rückstellelemente vorteilhaft, die nach Beendigung des Umformprozesses und Herausziehen des Axialstempels und damit der Freigabe der Spannbacken 16 diese radial wieder in ihre Nichtgebrauchslage zurückdrängen, so dass das Hohlprofilende 10 und damit das gesamte umgeformte Hohlprofil 2 zur Entnahme aus dem Umformwerkzeug 5 freigegeben werden kann.

Claims (12)

1. Verfahren zum Innenhochdruckumformen eines umfänglich geschlossenen Hohlprofils, wobei ein aus der Gravur des Umformwerkzeuges herausragendes Ende des Hohlprofils mittels einer Abdichtvorrichtung, die einen Axialstempel mit einem in das Hohlprofil eintauchenden Abschnitt beinhaltet, abgedichtet und gehalten wird, wonach das Hohlprofil mittels fluidischen Innenhochdrucks aufgeweitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Axialstempel (7) verwendet wird, dessen Außendurchmesser auf dem eintauchenden Abschnitt (8) gleich dem Innendurchmesser des Hohlprofilendes (10) ist oder diesen geringfügig unterschreitet, und dass das Hohlprofilende (10) radial von außen mittels zumindest einem auf dieses verfahrenen Spannbacken (16) der Abdichtvorrichtung (6,28,29) am Axialstempel (7) lagebeständig angepresst wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpressung mit einem den Innenhochdruck übersteigenden oder diesem entsprechenden Andruck erfolgt.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlprofilende (10) beim Anpressen mittels einer am Spannbacken (16) angeordneten Ringzacke (19) eingekerbt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Anpressen während des Schließvorganges des Umformwerkzeuges (5) erfolgt.
5. Vorrichtung zum Innenhochdruckumformen eines umfänglich geschlossenen Hohlprofils, mit einem Innenhochdruckumformwerkzeug, mit einer Abdichtvorrichtung, die einen Axialstempel mit einem in das Hohlprofil eintauchenden Abschnitt beinhaltet, zum Halten und Abdichten eines aus der Gravur des Umformwerkzeuges herausragenden Ende des Hohlprofils, und mit einer Fluidhochdruckerzeugungsanlage zur Aufweitung des Hohlprofils mittels fluidischen Innenhochdrucks, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser des Axialstempels (7) auf dem eintauchenden Abschnitt (8) gleich dem Innendurchmesser des Hohlprofilendes (10) ist oder diesen geringfügig unterschreitet, und dass die Abdichtvorrichtung (6,28,29) zumindest einen Spannbacken (16) und ein Presselement (17) enthält, das bei eingetauchtem Abschnitt (8) des Axialstempels (7) den Spannbacken (16) radial derart auf das Hohlprofilende (10) presst, dass der Spannbacken (16) das Hohlprofilende (10) lagebeständig fixiert.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannbacken (16) an seiner durch das Pressele ment (17) an der Außenseite (25) des Hohlprofilendes (10) angepressten Unterseite (18) eben ausgebildet ist, und dass die Presskraft des Presselementes (17) die Druckkraft des Innenhochdruckes übersteigt oder zumindest dieser entspricht.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass an der dem Hohlprofil (2) zugewandten Unterseite (18) des Spannbackens (16) eine Ringzacke (19) angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannbacken (16) und das Presselement (17) entlang der Erstreckung des Axialstempels (7) relativ zueinander bewegbar sind, und dass der Spannbacken (16) an seiner Außenseite (24) eine keilförmige Betätigungsfläche (23) aufweist, die in Wirkverbindung zwischen dem Presselement (17) und dem Spannbacken (16) an einer formgleichen Pressfläche (22) des Presselementes (17) anliegt.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannbacken (16) am Axialstempel (7) schwenkbar gehalten ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Presselement (17) hülsenförmig ausgebildet ist und auf dem Axialstempel (7) axial verschiebbar angeordnet ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Presselement (17) durch das Umformwerkzeug (5) gebildet ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Presselement (17) ein abkragender Teil (30) des Axialstempels (7) ist, der mit diesem starr verbunden ist, und dass der Spannbacken (16) Bestandteil des Umformwerkzeuges (5) ist und an dessen Außenseite (26) radial verschiebbar geführt ist.