DE19535870A1 - Verfahren zum Herstellen von schalenförmigen Hohlstrukturen aus gedoppelten Blechzuschnitten mittels Innenhochdruckumformen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von schalenförmigen Hohlstrukturen aus gedoppelten Blechzuschnitten mittels Innenhochdruckum­ formen.

Insbesondere im Fahrzeugbau hat sich das Innenhochdruckumformen in den letzten Jahren zu einer interessanten Technologie zur Herstellung komple­ xer Formteile, wie z. B. Nockenwellen, Fittings, Ansaugkrümmer, Motorträ­ ger usw. entwickelt. Überwiegend wird dabei von Hohlprofilen, wie Rohr­ abschnitten, ausgegangen. Diese werden in ein Formwerkzeug eingelegt und ihr Innenraum mit einem hydraulischen Druckmedium beaufschlagt, so daß der Rohrabschnitt praktisch "aufgepumpt" und in einem oder mehreren Schritten endgeformt wird. Auch für die Herstellung flächenbetonter scha­ lenförmiger Hohlstrukturen im Fahrzeugbau, wie beispielsweise schalenför­ mige Karossierieteile, wird die Innenhochdruckumformung derzeit bereits untersucht. Dabei werden zwei gedoppelte Blechzuschnitte randseitig ver­ schweißt und anschließend als Rohteil zwischen die Unter- und Oberform eines geteilten Formwerkzeuges eingelegt. Die Verschweißung bildet einen dichtenden Abschluß entlang des Randes der gedoppelten Blechzuschnitte, wodurch zwischen diese ein Druckmedium eingeleitet werden kann. Durch diese Druckbeaufschlagung wird das Rohteil in besagtem Formwerkzeug in seine komplexe Endform gebracht.

Bei dem bekannten Verfahrensablauf treten aufgrund der vorgeschalteten Verschweißung der gedoppelten Blechzuschnitte herstellungstechnische Probleme auf. Durch die Verschweißung ist während des Umformvorganges ein kontrollierter Werkstofffluß im Bereich der Werkstückfuge zwischen den beiden Blechzuschnitten erheblich beeinträchtigt. Insbesondere ist auf­ grund der festen Schweißverbindung keine Relativbewegung zwischen dem oberen und unteren Blechzuschnitt möglich, was sich dann nachteilig aus­ wirkt, wenn einer der beiden Blechzuschnitte aufgrund der komplexen Formgebung des herzustellenden Teiles maßlich stärker umgeformt werden muß, als der andere. Als Folge davon treten erhebliche Probleme mit der Form- und Maßgenauigkeit des Formteils auf, so daß in aller Regel auf­ wendige Nacharbeiten zum Richten und Kalibrieren des Formteils vorge­ nommen werden müssen. Auch können sich durch die feste Verbindung zwi­ schen den beiden Blechzuschnitten beim Ausformen der Hohlstruktur Span­ nungen ausbilden, die zu einer Beeinträchtigung der Strukturstabilität des Formteils führen.

Ausgehend von der geschilderten Problematik liegt der Erfindung die Auf­ gabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen von schalenförmigen Hohl­ strukturen aus gedoppelten Blechzuschnitten mittels Innenhochdruckumfor­ men anzugeben, bei dem die diskutierten Nachteile vermieden werden.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 an­ gegebenen Verfahrensschritte in ihrer erfindungsgemäßen Abfolge gelöst. Demnach findet praktisch eine Umordnung der bekannten Verfahrensschritte beim Innenhochdruckumformen statt, da zuerst die gedoppelten Blechzu­ schnitte in ein kombiniertes Spann-/Umform-Werkzeug eingespannt werden, das mit einer umlaufenden Spannfläche einen Flanschbereich der gedoppel­ ten Blechzuschnitte dichtend bezüglich der beim Innenhochdruckumformen auftretenden Druckwerte des Umformmediums beaufschlagt. Die Dichtfunk­ tion zwischen den beiden Blechzuschnitten wird also nicht mehr - wie beim Stand der Technik - durch eine Verschweißung der beiden Blechzu­ schnitte, sondern durch genannte Beaufschlagung durch das Spann-/Um­ form-Werkzeug hervorrufen.

Anschließend erfolgt dann das Umformen der gedoppelten Blechzuschnitte mittels Innenhochdruckumformen. Durch die fehlende Schweißverbindung zwischen den beiden Blechzuschnitten wird beim Umformen ein kontrollier­ ter Werkstofffluß im Flanschbereich der gedoppelten Blechzuschnitte zu­ gelassen, eine Relativbewegung der beiden Blechzuschnitte ist möglich, so daß insgesamt ein definierterer Formvorgang unter Vermeidung störender Spannungen innerhalb des Formteils erreicht wird. Im Idealfall kann mit­ tels eines einzigen Umformschrittes die Endform des Formteils erreicht werden, ohne daß Nachbearbeitungsschritte (Richten oder spannungsab­ bauende Maßnahmen) notwendig wären.

Im nächsten Verfahrensschritt erfolgt dann das Verschweißen der Blechzu­ schnitte im Flanschbereich, um die Endform der schalenförmigen Hohl­ struktur festzulegen und letztere zu einem ganzheitlich handhabbaren Teil zu machen. Da die Schweißnaht in dieser grundlegenden Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens keine Dichtfunktion mehr erfüllen muß, braucht sie nicht unbedingt durchgehend zu sein, sondern kann auch als Punkt- oder Strichschweißnaht (Anspruch 6) ausgeführt sein. Die Wahl der Schweißnaht richtet sich nach der Spezifikation des Bauteils. Bevorzugter­ maßen kann das Verschweißen durch ein übliches Laser-Schweißverfahren vorgenommen werden (Anspruch 5).

Falls es die Komplexität der herzustellenden Hohlstruktur erfordert, kann das erfindungsgemäße Verfahren dahingehend ergänzt werden, daß der oben geschilderte Umformschritt als Vor-Umformschritt vorgenommen wird. Anschließend kann verschweißt und mindestens ein weiterer Umform­ schritt mittels Innenhochdruckumformen stattfinden, wodurch insbesondere die Endform der Hohlstruktur erreicht wird (Anspruch 2). Im übrigen können natürlich vor dem Verschweißen nicht nur ein, sondern zwei oder mehrere Umformschritte stattfinden. Wie erörtert wird sich dies nach den speziellen Gegebenheiten bei dem jeweils herzustellenden Formteil rich­ ten.

In den Ansprüchen 3 und 4 sind bevorzugte Druckbereiche für den Um­ formdruck bei den Umformschritten vor bzw. nach dem Verschweißen ange­ geben. Insbesondere für den Fall, daß mit einem Vor- und einem End- Umformschritt gearbeitet wird, genügt es beim Vor-Umformschritt mit Druckwerten bis zu 40 MPa zu arbeiten, da hier eine möglichst exakte Anpassung an das Formwerkzeug noch nicht erreicht werden muß. Erst beim End-Umformschritt nach dem Verschweißen soll die exakte, durch das Formwerkzeug vorgegebene Gestalt der herzustellenden Hohlstruktur er­ reicht werden, was durch einen sehr hohen Umformdruck von bis zu 1000 MPa unterstützt wird.

Die Ansprüche 7 bis 10 kennzeichnen bevorzugte Verfahrensmaßnahmen im Zusammenhang mit der Ausbildung des Spann-/Umform-Werkzeuges und der Zugänglichkeit des Formteils für das Schweißwerkzeug. So kann beispiels­ weise bei allen Umform- und Schweißschritten mit einem einzigen Gesamt- Spann-/Umform-Werkzeug gearbeitet werden, das im Bereich einer Spann­ fläche einen Zugang für das Schweißwerkzeug zum Flanschbereich der ge­ doppelten Blechzuschnitte freigibt. Die Gestaltung des Umform-Werkzeuges kann dabei so gewählt werden, daß ein Schweißvorgang von der Seite her erfolgt, wobei die beiden Blechzuschnitte entlang ihrer Stirnränder mit­ einander verschweißt werden. Auch kann das Formwerkzeug im Bereich z. B. des Oberwerkzeuges so ausgespart sein, daß der Flanschbereich der Hohlstruktur teilweise freibleibt, so daß auf der Flanschfläche geschweißt werden kann.

Eine weitere Alternative (Anspruch 8) stellt ein segmentiertes Gesamt- Spann-/Umform-Werkzeug dar, aus dem beim Schweißschritt ein Segment zur Freigabe eines Zuganges für das Schweißwerkzeug zum Flanschbereich der Hohlstruktur entfernt wird. Hier ist von Vorteil, daß das Formteil in ei­ ner einzigen Aufspannung, die durch das Umformwerkzeug selbst gebildet wird, während aller Verfahrensschritte verbleiben kann.

Auch ist es möglich, für die einzelnen Umform- und Schweißschritte Fol­ gewerkzeuge im Bereich der Unter-/oder Oberform zu verwenden (Anspruch 9). Hierbei kann es von Vorteil sein, die gedoppelten Blechzuschnitte in einen Spannrahmen zu fassen, der das Formteil durch die Umform- und Schweißstationen bewegt (Anspruch 10). Dadurch muß das Formteil nur einmal eingespannt werden.

Die Ansprüche 11 bis 14 kennzeichnen Maßnahmen, die sich mit der wir­ kungsvollen Abdichtung der gedoppelten Blechzuschnitte in ihrem Flansch­ bereich auseinandersetzen. Grundsätzlich ist dabei natürlich ein hoher Schließdruck des Spann-/Umform-Werkzeuges von Vorteil, wie er durch eine Hochdruckpresse erzeugt werden kann (Anspruch 11).

Weiterhin sind Maßnahmen zur Abdichtung möglich, wie sie aus der Hoch­ druck-Fluidtechnik bekannt sind. So kann - wie in Anspruch 12 angege­ ben ist - im Flanschbereich der gedoppelten Blechzuschnitte zwischen die­ sen und/oder zwischen dem einzelnen Blechzuschnitt und der Spannfläche des ihn beaufschlagenden Umformwerkzeuges ein Dichtring aus leicht flie­ ßendem Material, wie beispielsweise Kupfer oder einem hochdrucktaugli­ chen Elastomer eingelegt werden.

Weiterhin kann das Spann-/Umform-Werkzeug im Bereich seiner Spannfläche mit einem Ziehwulst versehen werden, um eine gezielte Auslenkung des Flanschbereiches der Blechzuschnitte aus ihrer Hauptebene zu erzielen. Damit können Dichtkräfte erzeugt werden, die nicht nur quer zur Haupt­ ebene der Blechzuschnitte verlaufen.

Ein Leck beim Innenhochdruckumformen kann auch dadurch vermieden wer­ den, daß zwischen die gedoppelten Blechzuschnitte eine Gummiblase zur Aufnahme des Druckmediums beim Innenhochdruckumformen eingelegt wird. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn aufgrund der Materialbe­ schaffenheit der Blechzuschnitte und der speziellen komplexen Formgebung der daraus herzustellenden Hohlstruktur das Auftreten von kleineren Spal­ ten oder mikroskopischen Leckkanälen zwischen den Fügeflächen im Flanschbereich der Blechzuschnitte zu erwarten sind.

Die Ansprüche 15 bis 18 betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens hinsichtlich der Einleitung des Druckmediums zwischen die beiden gedoppelten Blechzuschnitte. So kann das Druckme­ dium über den Flanschbereich eingeleitet werden, indem zwischen die Flansche der beiden gedoppelten Blechzuschnitte unter dichtem Abschluß ein Anschlußstutzen eingelegt wird. Bei einer speziellen Ausgestaltung des Formwerkzeuges kann im übrigen auch auf den vorgenannten Anschlußstut­ zen verzichtet und das Druckmedium direkt über die Trennfuge zwischen den beiden Blechzuschnitten eingeleitet werden. Näheres hierzu ergibt sich aus dem entsprechenden Ausführungsbeispiel.

Eine besonders einfache Möglichkeit für die Einleitung des Druckmediums besteht nach Anspruch 16 darin, einen Anschlußstutzen an geeigneter Stelle in der Fläche eines der beiden Blechzuschnitte vorzusehen. Dieser Anschlußstutzen kann nach dem Endumformen des Formteils abgetrennt werden - es verbleibt dann ein Loch an entsprechender Stelle der Hohl­ struktur - oder als sogenanntes Nebenform-Element verwendet werden (An­ spruch 18). Hierbei kann der Anschlußstutzen z. B. mit einem Außengewin­ de versehen sein, auf das einerseits bei der Herstellung der Hohlstruktur die Anschlußleitung für das Druckmedium aufgeschraubt werden kann. Nach Fertigstellung der Hohlstruktur kann der Anschlußstutzen dann als Befestigungselement für die Hohlstruktur dienen, in dem eine Befesti­ gungsmutter auf ihn aufgeschraubt wird.

Anspruch 17 kennzeichnet eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungs­ gemäßen Verfahrens, bei dem mit Hilfe des Anschlußstutzens gleichzeitig Öffnungen in die Hohlstruktur eingebracht und die zur Bildung der Öff­ nung herauszuschneidenen Teile des entsprechenden Blechzuschnittes leicht entfernt werden können. Näheres hierzu ist dem entsprechenden Ausfüh­ rungsbeispiel zu entnehmen.

Bei den vorstehend erläuterten bevorzugten Ausführungsformen des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens gemäß den Ansprüchen 15 bis 18, die die Ein­ leitung des Druckmediums betreffen, kann letzteres als Alternative an mehreren Stellen des Formteils durch die angegebenen Maßnahmen zwischen die gedoppelten Blechzuschnitte eingeleitet werden. Statt einer einzelnen Zuführung des Druckmediums wird also mit einem sogenannten "Mehrfach­ andocken" gearbeitet. Dadurch kann zum einen ein schnelleres Füllen des umzuformenden Formteils erzielt werden, was sich auf die Taktzeit des Formvorganges positiv auswirkt. Zum anderen können bei komplexen Form­ teilen, die großvolumigere, durch Kanäle mit kleineren Querschnitten verbundene Teilräume aufweisen, die Blechzuschnitte im Bereich dieser einzelnen Teilräume durch Beaufschlagung mit unterschiedlichen Druckwer­ ten gezielt entsprechend den in den jeweiligen Teilräumen herrschenden Randbedingungen umgeformt werden. Dies führt zu einer Perfektionierung des Umformvorganges, wie er insbesondere bei hochkomplexen Bauteilen im Automobilbau regelmäßig gefordert wird.

Zusammenfassend wird durch die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen von schalenförmigen Hohlstrukturen aus gedoppelten Blechzuschnitten ge­ lehrt, das eine hervorragende Endausformung des Werkstückes ermöglicht und somit den Kalibrier- und Richtaufwand nach der Herstellung der Hohlstruktur im Idealfall bis auf Null reduziert. Weiterhin bietet das Verfahren die Möglichkeit, ein Laserstrahl-Schweißen und Schneiden direkt in das Umformwerkzeug zu integrieren. Ferner können - wie in den An­ sprüchen 19 bis 21 angegeben ist - Hohlstrukturen mit Blechen gleicher oder unterschiedlicher Dicken sowie unterschiedliche Werkstoffe für die beiden Blechzuschnitte verwendet werden. Es ist auch möglich, einen oder beide Blechzuschnitte als geschweißte Platinen, sogenannte tailored blanks, auszuführen. Das Verfahren ist also universell einsetzbar und vergrößert die Anzahl der Konstruktions-Freiheitsgrade für die Realisie­ rung einer Hohlstruktur mit bestimmten Spezifikationen erheblich.

Laut Anspruch 22 ist es ferner möglich, statt planer Blechzuschnitte solche zum Innenhochdruckumformen zu verwenden, die vor dem Einspan­ nen mechanisch vorgeformt wurden. Wenn also an einer Stelle des Formtei­ les eine lokal begrenzte, starke Ausbuchtung ausgeformt werden soll, ist es von Vorteil, wenn diese Ausbuchtung durch mechanische Vorformung bereits zu einem gewissen Maße ausgebildet ist, wenn die Blechzuschnitte zum Innenhochdruckumformen in das entsprechende Werkzeug eingespannt werden. Durch diese Maßnahme lassen sich nämlich zum einen wiederum die Umformzeiten für das Innenhochdruckumformen erheblich verkürzen, da das Formänderungsvolumen durch die mechanische Vorformung kleiner wird. Zum anderen läßt sich durch die mechanische Vorformung die soge­ nannte "Masseverteilung" des Blechmaterials positiv in Abstimmung auf die End­ gestaltung des Formteils beeinflussen. So kann durch die mechanische Vorformung an die Stellen des Blechzuschnittes zusätzliches Material ge­ bracht werden, wo es später als "Fleisch" für das eigentliche Innenhoch­ druckumformen benötigt wird.

Die im Anspruch 23 angegebene Verfahrensmaßnahme dient einer weiteren Flexibilisierung des Formgebungsprozesses, indem durch mechanische oder hydraulische Zusatzwerkzeuge, die unabhängig vom Spann-Umformwerkzeug betätigbar darin angeordnet sind, zusätzliche Formelemente in die gedop­ pelten Blechzuschnitte zeitlich nach dem eigentlichen Innenhochdruck­ umformen eingebracht werden können. Dies eignet sich besonders für Ge­ staltungen, die sich entgegengesetzt der Hauptumformrichtung beim Innen­ hochdruckumformen erstrecken. Als Beispiel sind hier topfförmige Einbuch­ tungen zu nennen. Näheres ergibt sich aus der Beschreibung des entspre­ chenden Ausführungsbeispiels, worauf zur Vermeidung von Wiederholungen verwiesen wird.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteil der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens anhand der beigefügten Zeichnungen näher er­ läutert werden. Es zeigen

Fig. 1 eine ausschnittsweise Perspektivdarstellung einer schalenförmigen, mittels Innenhochdruckumformen hergestellten Hohlstruktur,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines typischen Verfahrensablaufes gemäß der Erfindung,

Fig. 3 und 4 schematische Schnittdarstellungen verschiedener Spann-/Um­ form-Werkzeuge,

Fig. 5 einen schematischen Teilschnitt durch ein Formwerkzeug mit Zieh­ wulst im Bereich seiner Spannfläche,

Fig. 6 einen Schnitt analog Fig. 5 durch ein Formwerkzeug mit Einleitung des Druckmediums über das Formwerkzeug und den Flanschbereich der Blechzuschnitte,

Fig. 7 einen teilweisen Vertikalschnitt durch einen Blechzuschnitt mit daran angebrachten Anschlußstutzen für das Druckmedium in einer bevorzugten Ausführungsform, und

Fig. 8 eine schematische Schnittdarstellung eines Formwerkzeuges mit zusätzlichem mechanischem Preßstempel.

In Fig. 1 ist eine typische Hohlstruktur gezeigt, wie sie sich mit einem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren fertigen läßt. Es handelt sich um eine Art kastenförmige Hohlstruktur, die sich beiderseits des in Fig. 1 gezeigten Ausschnittes in Längsrichtung L fortsetzt und an ihren (nicht gezeigten) Enden durch einen quer verlaufenden Wandungsteil geschlossen ist. Diese Hohlstruktur 1 besteht aus einem unteren Blechzuschnitt 2, der schalenförmig ausgebildet ist, und aus einer Bodenwand 3 sowie davon nach oben abstehenden Seitenwänden 4, 5. Letztere sind mit ihren freien Enden jeweils nach außen umgebogen und bilden einen flanschförmigen Rand 6, 7. Der untere Blechzuschnitt 2 ist relativ dickwandig ausgebildet und besteht beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung (z. B. AlMg5Mn).

Der obere Blechzuschnitt 8, der aus derselben Aluminiumlegierung bestehen kann, ist analog dem unteren Blechzuschnitt 2 ausgestaltet, jedoch Kopf- auf-Kopf auf diesen aufgesetzt. Er weist somit eine Deckwand 9 und zwei nach unten verlaufende Seitenwände 10, 11 auf. Deren freie Enden sind wiederum jeweils nach außen zu flanschförmigen Rändern 12, 13 umgebo­ gen. In dem von den flanschförmigen Rändern 6, 7 bzw. 12, 13 gebilde­ ten, umlaufenden Flanschbereich 14 der Hohlstruktur 1 ist eine durchge­ hende Linienschweißnaht 15 vorgesehen, die den unteren und oberen Blechzuschnitt 2, 8 miteinander verbindet.

Die in Fig. 1 dargestellte Hohlstruktur ist als Abstraktion der Bauteil­ klasse, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren herzustellen ist, zu verstehen. Typische Ausführungsbeispiele wären die A-, B- oder C-Säule in einer PKW-Karosserie, Querträger für das Fahrgestell oder ähnliche als Hohlteil auszuführende Strukturen, die eine hohe Steifigkeit insbesondere gegen Biegung und Torsion aufweisen müssen.

Wie anhand von Fig. 2 erörtert werden kann, wird die in Fig. 1 bei­ spielhaft dargestellte Hohlstruktur 1 durch eine besondere Art des Innen­ hochdruckumformen hergestellt. Grundsätzlich kann dazu ein kombiniertes Spann-/Umform-Werkzeug verwendet werden, wie es in Fig. 2 schematisch dargestellt und als ganzes mit dem Bezugszeichen 16 versehen ist. Dieses Werkzeug 16 weist eine Unterform 17 und eine Oberform 18 auf. Die Form­ vertiefungen 19, 20 von Unter- 17 und Oberform 18 werden jeweils von einer randseitig umlaufenden, planen oder keilförmigen (siehe Einzelheit X in Fig. 2) Spannfläche 21, 22 flankiert.

In einem nicht gezeigten, jedoch leicht nachvollziehbaren ersten Verfah­ rensschritt werden die gedoppelten Blechzuschnitte 2, 8 in ebenem (oder mechanisch vorgeformtem) Zustand in das Spann-/Umform-Werkzeug 16 ein­ gelegt und die Oberform 18 gegen die Unterform 17 mit Hilfe einer mecha­ nischen Hochdruckpresse (Preßdruck P) geschlossen. Damit wird der Flanschbereich 14 der Blechzuschnitte 2, 8 zwischen die Spannflächen 21, 22 eingespannt und dichtend bezüglich der beim Innenhochdruckumformen auftretenden Druckwerte des Umformmediums beaufschlagt.

Anschließend wird über den in Fig. 2 schematisch angedeuteten Anschluß­ stutzen 23, der vom unteren Blechzuschnitt 2 rechtwinklig nach unten durch eine entsprechende Durchführung in der Unterform 17 hindurchragt und der in den Spalt zwischen den beiden Blechzuschnitten 2, 8 mündet, ein hydraulisches Druckmedium, wie beispielsweise Öl oder Wasser, mit einem Druck von z. B. 20 MPa eingepreßt. In Fig. 2 ist lediglich ein ein­ ziger Anschlußstutzen 23 schematisch angedeutet. In der praktischen An­ wendung können jedoch mehrere solcher Anschlußstutzen 23 über die Blechzuschnitte 2, 8 verteilt eingesetzt werden, sofern dies die Kom­ plexität und Dimensionierung des herzustellenden Formteils erfordert. Die Blechzuschnitte 2 bzw. 8 wölben sich aufgrund der Beaufschlagung durch das Druckmedium innerhalb ihres Flanschbereiches 14 in die Formvertie­ fung 19 bzw. 20 der Unter- 17 bzw. Oberform 18 bis zu einem gewissen, durch die praktischen Gegebenheiten bestimmten Grad auf (Fig. 2, Teilbild I).

Anschließend kann ein Zentralteil 24 der segmentierten Oberform 18 ent­ fernt und damit der Flanschbereich 14 der Hohlstruktur 1 teilweise frei­ gelegt werden (Fig. 2, Teilbild II). Damit wird der Flanschbereich 14 zum Anbringen der Linienschweißnaht 15 zugänglich, die mit Hilfe des in Fig. 2, Teilbild II angedeuteten Laser-Schweißkopfes 25 hergestellt wird. Letzterer kann z. B. über einen nicht näher dargestellten Roboter geführt werden.

Nach Fertigstellung der Linear-Schweißnaht 15 wird der Laser-Schweißkopf 25 entfernt und das Zentralteil 24 der Oberform 18 wieder eingeführt.

Durch neuerliches Einleiten des hydraulischen Druckmediums über den An­ schlußstutzen 23 wird im nächsten Verfahrensschritt die Endumformung der Hohlstruktur mit einem Druck von beispielsweise 800 MPa vorgenommen (Fig. 2, Teilbild III). Nach Entfernen des Druckmediums aus der Hohl­ struktur 1 und dem Öffnen des Werkzeuges 16 kann die Hohlstruktur 1 entnommen werden. Der Anschlußstutzen 23 kann anschließend durch La­ ser-Schneidbearbeitung entfernt oder daran belassen und als Nebenformteil verwendet werden. Auch können mit Hilfe eines Laser-Schneidwerkzeuges weitere Arbeiten, wie Besäumen, vorgenommen werden. Aufgrund des hohen Endformungsdruckes braucht die derart gefertigte Hohlstruktur 1 jedoch praktisch nicht mehr zum Kalibrieren bzw. Richten nachgearbeitet werden.

In Fig. 3 ist eine Alternative für den Schritt des Verschweißens im Flanschbereich 14 der Hohlstruktur 1 angegeben. Demnach wird mit dem Laser-Schweißkopf 25 von den Stirnrändern 26 der Flanschbereiche 14 der Blechzuschnitte 2, 8 her gearbeitet, um eine umlaufende Schweißnaht (nicht näher dargestellt) an der Hohlstruktur 1 anzubringen. Dies hat den Vorteil, daß mit einem unsegmentierten Spann-/Umform-Werkzeug 16 gearbeitet werden kann, gleichzeitig jedoch eine exakte Aufspannung der Hohlstruktur 1 zwischen der Unterform 17 und Oberform 18 auch bei der Schweißbearbeitung erreicht wird.

Die gleichen Vorteile gelten für die in Fig. 4 gezeigte Alternative für das Verschweißen. Hierbei ist die Oberform 18 außenseitig mit einer umlaufen­ den Aussparung 27 versehen, so daß der Spannfläche 22 der Oberform 18 gegenüber der Spannfläche 21 der Unterform 17 eine geringere Breite auf­ weist. In die Aussparung 27 kann mit dem Laser-Schweißkopf 25 eingefah­ ren werden, so daß der außerhalb der Spannfläche 22 freiliegende Ab­ schnitt des Flanschbereiches 14 von oben her verschweißt werden kann. Hierbei kann alternativ auch mit Punktschweißungen 28 gearbeitet werden und zwar insbesondere dann, wenn kein nachfolgender Endformungsschritt mehr stattfindet.

Wie in Fig. 5 erkennbar ist, ist in der Spannfläche 21 der Unterform 17 ein nach oben abstehende Ziehwulst 29 vorgesehen, mit dem eine entspre­ chende Vertiefung 30 in der Spannfläche 22 der Oberform 18 zusammen­ wirkt. Durch diesen Ziehwulst 29 wird der Flanschbereich 14 der Blech­ zuschnitte 2, 8 beim Schließen den Spann-/Umform-Werkzeuges 16 mit einer Art Sicke 31 versehen, so daß die Dichtkräfte zwischen Unter- 17 und Oberform 18 nicht nur quer zu der Trennebene zwischen den beiden Blechzuschnitten 2, 8 wirken. Damit wird das Dichtergebnis verbessert und der beim Innenhochdruckumformen zulässige Druck erhöht. Dies bewirkt wiederum eine bessere Ausformung der Hohlstruktur 1. Alternativ kann der Ziehwulst 29 auch im Oberwerkzeug 18 eingesetzt sein (nicht gezeichnet).

Im übrigen ist in Fig. 5 noch als Alternative dargestellt, zwischen die Blechzuschnitte eine Gummiblase 43 einzulegen, die das Druckmedium beim Innenhochdruckumformen aufnimmt.

In Fig. 6 ist eine spezielle Einleitungsvariante für das hydraulische Druckmedium zum Innenhochdruckumformen dargestellt. Hierbei bilden die Spannflächen 21, 22 der Unter- 17 und Oberform 18 einen Ringverteilungs­ kanal 32 vor den Stirnrändern 26 der Blechzuschnitte 2, 8. Dieser Ring­ verteilungskanal 32 steht über eine Zuleitung 33 mit einem Öldruckreser­ voir in Verbindung. Die Spannflächen 21, 22 selbst sind mit Präzisions­ dichtungen 34 z. B. aus speziellen Elastomeren versehen, über die der Flanschbereich 14 der Blechzuschnitte 2, 8 zuverlässig abdichtend be­ aufschlagt wird. Für spezielle Werkstoffpaarungen und Oberflächenbe­ schaffenheiten kann nun das über den Ringverteilungskanal 32 zugeführte Druckmedium durch die Fuge 35 zwischen dem unteren und oberen Blechzu­ schnitt 2, 8 - beispielsweise bedingt durch eine bestimmte Oberflächen­ rauhigkeit der Blechzuschnitte 2, 8 - zwischen diese eindringen und im Bereich der Formvertiefungen 19, 20 für das Innenhochdruckumformen der beiden Blechzuschnitte 2, 8 sorgen. Nach der Endumformung kann dann - wie bei den vorstehenden Ausführungsbeispielen - eine Schweißnaht im Flanschbereich 14 angebracht werden. Von Vorteil ist hier, daß die Hohl­ struktur 1 keine Öffnung für die Einleitung des Druckmediums aufweist.

Anhand von Fig. 7 ist eine Verfahrensvariante zu erörtern, die insbeson­ dere dann mit Vorteil angewendet werden kann, wenn aus einer fertigen Hohlstruktur zur Bildung von Durchbrüchen größere Abschnitte herausge­ schnitten werden müssen. Dies kann zwar mit einer üblichen Leser­ schneidtechnik erfolgen, es besteht jedoch das Problem, daß der ausge­ schnittene "Butzen" in die Hohlstruktur hineinfallen kann und erst um­ ständlich wieder entfernt werden muß. Hier kann durch folgende Verfah­ rensweise Abhilfe geschaffen werden:
In einer Art Vorkonfektionierung wird einer der beiden zum Einsatz kom­ menden Blechzuschnitte - hier der obere Blechzuschnitt 8 - mit einer Durchgangsöffnung 36 versehen, durch die das Anschlußrohrstück 37 eines als separates Teil ausgeführten Anschlußstutzens 38 durchgeführt wird. An einem Ende des Anschlußrohrstückes 37 ist ein Dichtkragen 39 vorgesehen, der sich über einen Schneidring 40 und einer z. B. Elastomerdichtung 41 an der die Innenseite der Hohlstruktur 1 bildenden Seite des Blechzu­ schnittes 8 abstützt. Beim Innenhochdruckumformen der Blechzuschnitte 2, 8 wird nun über das Rohrstück 37 das Druckmedium eingeleitet und durch den hydraulischen Druck der Dichtkragen 39 an den oberen Blechzuschnitt 8 angepreßt, womit eine dichte Verbindung zwischen Anschlußstutzen 38 und dem Blechzuschnitt 8 erfolgt. Nach der Endumformung der damit her­ gestellten Hohlstruktur 1 kann von der Außenseite her durch eine am Rohrstück 37 eingeleitete Kraft der Butzen 42 herausgeschnitten werden, da der Dichtkragen 39 und das Formwerkzeug 44 als Schneidwerkzeug die­ nen. Der Gegenhalter 45 verhindert ein Verwölben des auszuschneidenen Butzen 42, so daß die Dichtfunktion gewährleistet ist.

In Fig. 8 ist eine weitere Verfahrensvariante angedeutet, wobei die ge­ doppelten Blechzuschnitte 2, 8 wie bereits erörtert in ein Werkzeug 16 mit einer Unterform 17 und einer geteilten Oberform 18 eingespannt werden. Insoweit entspricht das Werkzeug 16 dem in Fig. 2 gezeigten Werkzeug und bedarf keiner nochmaligen Erörterung. Übereinstimmende Bauteile sind mit identischen Bezugszeichen versehen.

Die Besonderheit bei der Ausgestaltung gemäß Fig. 8 liegt in dem mecha­ nischen Zusatzwerkzeug in Form eines Preßstempels 46, der während des Innenhochdruckumformens (Radialpfeile 47 in Fig. 8) mit seiner Stirnflä­ che 48 mit der Formfläche des Zentralteils 24 fluchtet (strichliert ange­ deutet in Fig. 8). Nach dem Entfernen des Zentralteils 24 zum Anbringen der Gegenschweißnaht 15 analog Fig. 2, Teilbild II wird das Zentralteil 24 wieder geschlossen und anschließend der Preßstempel 46 nach unten verfahren (Pfeil 49 in Fig. 8). Dadurch kann die in Fig. 8 angedeutete topfförmige Einbuchtung 50 im oberen Blechzuschnitt 8 gebildet werden. Ohne den zusätzlichen Preßstempel 46 wäre eine solche Gestaltung sehr schwierig gewesen, da sich allein aufgrund des Innenhochdruckumformens unter Umständen Probleme beim Fließverhalten des Materials des Blechzu­ schnittes in die die Einbuchtung 50 seitlich umgebenden Hinterschnei­ dungsbereiche auftreten könnten.

Claims (23)

1. Verfahren zum Herstellen von schalenförmigen Hohlstrukturen aus ge­ doppelten Blechzuschnitten mittels Innenhochdruckumformen, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

• - Einspannen der gedoppelten Blechzuschnitte (2, 8) in ein kombiniertes Spann-/Umform-Werkzeug (16), das mit einer umlaufenden Spannfläche (21, 22) einen Flanschbereich (14) der gedoppelten Blechzuschnitte (2, 8) dichtend bezüglich der beim Innenhochdruckumformen auftretenden Druckwerte des Umformmediums beaufschlagt,
• - Umformen der gedoppelten Blechzuschnitte (2, 8) mittels Innenhochdruck­ umformen durch Einleiten eines Druckmediums zwischen die eingespann­ ten Blechzuschnitte (2, 8) unter Zulassung eines kontrollierten Werk­ stoff-Flusses im eingespannten Flanschbereich der gedoppelten Blechzu­ schnitte (2, 8) und
• - Verschweißen der Blechzuschnitte (2, 8) im Flanschbereich (14).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Umform­ schritt als Vor-Umformschritt vorgenommen wird und nach dem Verschwei­ ßen der Blechzuschnitte (2, 8) mindestens ein weiterer Umformschritt, ins­ besondere zum Endumformen der Hohlstruktur (1), mittels Innenhochdruck­ umformen stattfindet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Umformschritt vor dem Verschweißen mit einem Umformdruck von bis zu 40 MPa gearbeitet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem (den) Umformschritt(en) nach dem Verschweißen mit einem Umformdruck von bis zu 1000 MPa gearbeitet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschweißen durch ein Leser-Schweißverfahren vorgenommen wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß beim Verschweißen eine Punkt-, Strich- oder Linienschweißnaht (15) angebracht wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei allen Umform- und Schweißschritten mit einem einzigen Gesamt- Spann-/Umform-Werkzeug gearbeitet wird, das im Bereich seiner Spann­ flächen (21, 22) einen Zugang für das Schweißwerkzeug zum Flanschbe­ reich (14) der gedoppelten Blechzuschnitte (2, 8) freigibt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei allen Umform- und Schweißschritten mit einem einzigen, segmen­ tierten Gesamt-Spann-/Umform-Werkzeug gearbeitet wird, aus dem beim Schweißschritt ein Segment (24) zur Freigabe eines Zugangs für das Schweißwerkzeug (25) zum Flanschbereich (14) der gedoppelten Blechzu­ schnitte (2, 8) entfernt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß für die einzelnen Umform- und Schweißschritte Folgewerkzeuge im Be­ reich der Unter- und/oder der Oberform (17, 18) verwendet werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die gedop­ pelten Blechzuschnitte in einen Spannrahmen gefaßt werden, der das Formteil durch die Umform- und Schweißstationen bewegt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeich­ net, daß das Spann-/Umform-Werkzeug durch eine Hochdruckpresse ge­ schlossen wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß im Flanschbereich (14) der gedoppelten Blechzuschnitte (2, 8) ein Dichtring aus leichtfließendem Material eingelegt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Spann-/ Umform-Werkzeug (16) im Bereich seiner Spannflächen (21, 22) mit einem Ziehwulst (29) versehen wird.

14. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die gedoppelten Blechzuschnitte (2, 8) eine Gummiblase (43) zur Aufnahme des Druckmediums beim Innenhochdruckumformen eingelegt wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeich­ net, daß das Druckmedium beim Innenhochdruckumformen über den Flanschbereich (14) zwischen den beiden Blechzuschnitten (2, 8) gege­ benenfalls an mehreren Stellen eingeleitet wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeich­ net, daß das Druckmedium bei Innenhochdruckumformen über einen oder mehrere durch das Werkzeug verlaufende Anschlußstutzen (23, 38) in der Fläche eines oder beider Blechzuschnitte (2, 8) eingeleitet wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Anschlußstutzen (38) als separates Teil ausgeführt wird, das mit einem Anschlußrohrstück (37) in einer Durchgangsöffnung (36) der Wandung des einen Blechzuschnittes (8) sitzt und das auf der Innenseite des Blechzuschnittes (8) einen Dichtkragen (39) aufweist, wobei nach der Endumformung der Hohlstruktur (1) der auf dem Dichtkragen (39) sitzende Teil (42) des Blechzuschnittes (8) ausgeschnitten und durch Herausnahme des Anschlußstutzens (38) entfernt wird.

18. Verfähren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Anschlußstutzen (23) als Nebenform-Element ausgebildet wird.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeich­ net, daß die gedoppelten Blechzuschnitte (2, 8) aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeich­ net, daß die gedoppelten Blechzuschnitte (2, 8) unterschiedliche Blech­ dicken aufweisen.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeich­ net, daß einer oder beide der gedoppelten Blechzuschnitte (2, 8) als ge­ schweißte Platinen ausgeführt sind.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeich­ net, daß die zum Innenhochdruckumformen eingespannten gedoppelten Blechzuschnitte vor dem Einspannen mechanisch vorgeformt werden.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeich­ net, daß durch mechanische oder hydraulische Zusatzwerkzeuge, die un­ abhängig vom Spann-/Umformwerkzeug (16) betätigbar darin angeordnet sind, zusätzliche Formelemente in die gedoppelten Blechzuschnitte zeitlich nach dem eigentlichen Innenhochdruckumformen eingebracht werden.