DE19614242C1 - Vorrichtung zum Innenhochdruck-Umformen - Google Patents
Vorrichtung zum Innenhochdruck-UmformenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Innenhochdruck-Um
formen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Bauart ist beispielsweise
aus dem Prospekt der Fa. Dr. Meleghy, 1995, "Werkzeugbau, Proto
typenbau" bekannt. Hierbei beinhaltet die Vorrichtung eine Um
formpresse aus einem Pressenstößel, einem Pressentisch und einem
Umformwerkzeug. Das Umformwerkzeug ist in ein Oberwerkzeug und
ein Unterwerkzeug geteilt, wobei das Oberwerkzeug am Pressenstö
ßel und das Unterwerkzeug am Pressentisch befestigt ist. Der
Pressenstößel ist gesteuert auf das Unterwerkzeug verfahrbar,
wonach der in diesem eingelegte Rohling mit einem Druckfluid un
ter einem Hochdruck von mehreren tausend Bar entsprechend der
Form der im Umformwerkzeug ausgebildeten Gravur aufgeweitet
wird. Gemeinhin wird der Pressenstößel mit einer konstanten ma
ximalen Schließkraft auf das Unterwerkzeug gepreßt. Aufgrund der
dabei sehr hohen Flächenpressung während des gesamten Innen
druckaufbau- und Umformprozesses auf das Unterwerkzeug müssen
die Kontaktflächen von Unterwerkzeug und Oberwerkzeug ausladend
bemessen sein, damit die durch die Flächenpressung verursachte
Spannung im Werkzeug verteilt wird. Damit diese großflächigen
Kontaktflächen eine auch bei hohen Drücken ausreichende Dichtfä
higkeit beisitzen, sind diese über ihre gesamte Fläche hinweg
sauber geschabt und tuschiert. Dies erfordert einen sehr hohen
Aufwand für die Vorbereitung des Werkzeuges zum Innenhochdruck
umformen, was einen erheblichen Anteil an den Fertigungskosten
des umzuformenden Bauteils ausmacht.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße
Vorrichtung unter Gewährleistung der Prozeßsicherheit möglichst
einfach und kostenoptimiert zu gestalten.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1
angegebenen Merkmale gelöst.
Anhand der innendruckangepaßten Schließkraft des Pressenstößels
mittels einer geringaufwendigen Steuerung, nimmt die Flächen
pressung auf das Unterwerkzeug beträchtlich ab. Hierbei ist die
Schließkraft immer nur gerade so groß, wie es für das Zuhalten
des Umformwerkzeuges entgegen des momentan herrschenden Innen
druckes innerhalb des Rohlinges notwendig ist. Die niedrige Flä
chenpressung bedingt ebenfalls eine geringere Spannung innerhalb
und eine geringere Belastung des Unterwerkzeuges. Demgegenüber
ist bei herkömmlichen Zuhaltevorrichtungen, beispielsweise bei
Pressen auch dann die Schließkraft maximal, wenn der Innendruck
bezüglich des endgültigen Hochdruckes noch relativ niedrig ist,
so daß das Unterwerkzeug aufgrund der "überschüssigen" Flächen
pressung sehr stark belastet ist und bei baulicher Unterdimen
sionierung des Unterwerkzeuges an diesem zu Kantenausbrüchen
kommt. Aufgrund der insgesamt vergleichsweise aus der erfin
dungsgemäßen Vorrichtung resultierenden sehr geringen Flächen
pressung ist es nun möglich, die Kontaktfläche und damit die
Dichtfläche zwischen den Umformwerkzeughälften zu verringern.
Hierbei ist ein schmaler Randstreifen vorgesehen, der die Gravur
des Umformwerkzeuges unmittelbar umgibt, so daß sich um diesen
Randstreifen herum bei geschlossenem Umformwerkzeug ein Luft
spalt zwischen den Werkzeughälften ausbildet. Die schmale Dicht
fläche ist dabei so zu bemessen, daß die auftretende Flächen
pressung ohne Schadenswirkung am Werkzeug aufgenommen werden
kann. Infolge der Schmalheit des Randstreifens konzentriert sich
das Tuschieren der Dichtfläche nur auf einen kleinen Bereich, so
daß der Vorbereitungsaufwand wesentlich geringer als bisher ist,
als die gesamte Stirnfläche der Werkzeughälften bearbeitet wer
den mußte, wobei die Tuschierung rascher und wirkungsvoller mit
der geforderten Genauigkeit aufgebracht werden kann.
Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteran
sprüchen entnommen werden; im übrigen ist die Erfindung anhand
eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles
nachfolgend näher erläutert; dabei zeigt:
Fig. 1 perspektivisch einen Abschnitt eines herkömmlichen Unter
werkzeuges eines Innenhochdruck-Umformwerkzeuges,
Fig. 2 perspektivisch einen Abschnitt eines erfindungsgemäßen
Unterwerkzeuges eines Innenhochdruck-Umformwerkzeuges,
Fig. 3 ein Kraft-Innendruck-Diagramm bezüglich der Schließkraft
einer Umformpresse und des Innendruckes innerhalb des umzufor
menden Rohlings.
In Fig. 1 ist ein Abschnitt eines Unterwerkzeuges 1 eines in ein
Ober- und ein Unterwerkzeug hälftig geteilten Umformwerkzeuges
zum Innenhochdruckumformen eines als Hohlprofil ausgebildeten
Werkstückrohlings dargestellt, wie es bisher gestaltet wurde.
Die Dichtfläche 2, die die rohlingaufnehmende Gravur 3 begrenzt
und die Kontaktfläche zu dem Oberwerkzeug in Schließstellung des
Umformwerkzeuges bildet, erstreckt sich gleichmäßig über die ge
samte Stirnfläche des Unterwerkzeuges 1 und ist tuschierend be
arbeitet.
Die gesamte Vorrichtung zum Innenhochdruck-Umformen umfaßt außer
dem Umformwerkzeug eine Umformpresse, die einen Pressentisch und
einen zu diesem hin mit gesteuerter Schließkraft verfahrbaren
Pressenstößel beinhaltet. Das Oberwerkzeug ist an dem Pressen
stößel und das Unterwerkzeug an dem Pressentisch befestigt, wo
bei das Umformwerkzeug durch Verfahren des Pressenstößels geöff
net bzw. geschlossen werden kann. Die im Schließzustand des Um
formwerkzeuges einander berührenden Kontaktflächen der Werkzeug
hälften sind mit hoher Paß- und Formgenauigkeit derart dichtend
aufeinander eintuschiert, daß sich bei der unter einem Druck von
mehreren kbar stattfindenden Innenhochdruckumformung kein Roh
lingmaterial gratförmig in den Dichtflächenspalt, also den Spalt
zwischen den Kontaktflächen einquetschen läßt.
Wie Fig. 3 durch die Kurve 4 zeigt, wird zum Umformen des Roh
linges bei geschlossenem Umformwerkzeug und in den Rohling ein
geleitetem Hochdruckfluid, beispielsweise Wasser, von Anfang des
Druckaufbaus an eine maximale konstante Schließkraft von dem
Pressenstößel der Umformpresse und dem an diesem befestigten
Oberwerkzeug auf das Unterwerkzeug 1 und den mit diesem fest
verbundenen Pressentisch ausgeübt. Durch die Beaufschlagung mit
tels des Hochdruckfluides wird der Rohling entsprechend der Gra
vur 3 formgetreu aufgeweitet. Damit insbesondere in der Anfangs
phase des Druckaufbaus die von der Kontaktfläche zum Oberwerk
zeug gebildete Dichtfläche des Unterwerkzeuges 1 durch die sehr
hohe Schließkraft infolge sehr hoher Flächenpressung nicht be
schädigt oder gar zerstört wird, ist die Dichtfläche 2 großflächig
zum Kompensieren der Flächenpressung ausgebildet.
Fig. 2 zeigt die Vorrichtung zum Innenhochdruck-Umformen mit dem
Abschnitt des Unterwerkzeuges 1 der Fig. 1, jedoch erfindungsge
mäß abgewandelt. Durch Fräsen ist die Stirnseite 9 des Unter
werkzeuges 1 um wenigstens etwa 0,5 mm bis auf einen schmalen
zum Oberwerkzeug hin abstehenden Randstreifen 5, der die Gravur
3 unmittelbar und über ihre gesamte Erstreckung hinweg umgibt,
zerspanend freigearbeitet. Die zerspante Fläche der Stirnseite 9
des Unterwerkzeuges 1 bildet mit der stirnseitigen Oberfläche des
gegenüberliegenden Oberwerkzeuges in Schließstellung des Umform
werkzeuges einen über die gesamte Stirnseite 9 sich erstrecken
den Luftspalt aus, der nur von dem Randstreifen 5 unterbrochen
wird. Die zum Oberwerkzeug gewandte Stirnseite 6 des Randstrei
fens 5 bildet unterwerkzeugseitig die dichtende Kontaktfläche
für das gegenüberliegende Oberwerkzeug im Schließzustand des Um
formwerkzeuges. Hierbei ist nur die Stirnseite 6 des Randstrei
fens 5, also die Dichtfläche zum Oberwerkzeug und die von der
Stirnseite 6 beaufschlagte Fläche des Oberwerkzeuges nachträg
lich tuschiert. Die Güte der Oberfläche und Form der Stirnseite
6 und der von dieser beaufschlagten Fläche des Oberwerkzeuges
kann auch durch andere Fertigungsverfahren hergestellt werden,
wie beispielsweise durch Senk- oder Drahterodieren. Der Rand
streifen 5 weist eine konstante Breite von in der Regel etwa
15-20 mm auf. Die Breite des Randstreifens 5 kann in fertigungs
technisch einfacher Ausführung über den Verlauf der Gravur 3
hinweg auch variieren, so daß bei Herstellung des Randstreifens
5 ohne Berücksichtigung der Gravurkontur durch Ausfräsen der
Stirnseite 9 die beiden Seiten 10 des Randstreifens 5 linear und
parallel zueinander verlaufen. Selbstverständlich ist, daß der
Randstreifen 5 anstatt am Unterwerkzeug 1 am Oberwerkzeug ausge
bildet sein kann. Bei speziellen innhochdruckumzuformenden Tei
len, die extreme Maße aufweisen, kann die Breite des Randstrei
fens 5 deutlich außerhalb des oben genannten Bereiches liegen.
Für die Herstellung von Kleinteilen wie beispielsweise Wasser
hähnen kann die Breite des Randstreifens 5 bei 5 mm liegen, für
die Herstellung von Großteilen wie Rahmenträgern, Achsen oder
Achsträgern etwa bei 150 mm.
Denkbar ist alternativ auch, daß der Randstreifen 5 an beiden
Umformwerkzeughälften ausgebildet ist, wobei im Schließzustand
die beiden Randstreifen 5 mit ihren Stirnseiten 6 deckungsgleich
aufeinander zu liegen kommen. Jeder der Randstreifen 5 kann da
bei von geringerer Hohe sein als bei Vorhandensein eines einzi
gen, wie oben beschrieben, wodurch die Stabilität und Bruchfe
stigkeit des Randstreifens 5 bzw. des dichtenden Kontaktes zwi
schen den Werkzeughälften gegenüber der Flächenpressung erhöht
wird.
Desweiteren ist es denkbar, den Randstreifen 5 als ein von der
Werkzeughälfte gesondertes Werkzeugbauteil vorzusehen, welches
auf der unbearbeiteten Stirnseite 9 der jeweiligen Werkzeughälf
te nachträglich durch eine lösbare Verbindung wie beispielsweise
durch eine Schraubverbindung angebracht wird. Dabei ist zu be
achten, daß der Randstreifen 5 hochdruckdicht an der Stirnseite
9 der Werkzeughälfte entlang der Gravur 3 befestigt wird. Der
Randstreifen 5 bildet mit seiner gravurzugewandten Seite 11 ei
nen Teil der Gravurkontur. Der Vorteil liegt in der Austausch
barkeit des Randstreifens 5 bei Auftreten eines funktionsbeein
trächtigenden Verschleißes. Unlösbare Verbindungen wie Kleben,
Löten usw. sind ebenfalls möglich, wobei die Gewährleistung der
Hochdruckdichtheit leichter zu erreichen ist. Insgesamt erbringt
die nachträgliche Anbringung eines Randstreifens 5 als Bauteil
eine Herstellungserleichterung für das Werkzeug, wobei ein mit
einigem Aufwand erfolgendes zerspanendes Herausarbeiten des
Randstreifens 5 quasi aus dem Vollen entfallen kann.
Darüber hinaus kann das Umformwerkzeug sich in seiner baulichen
Gestaltung derart beschränken, daß die der Gravur 3 abgewandte
Seite 10 des Randstreifens 5 die Werkzeughälfte nach außen be
grenzt, so daß das Werkzeug wesentlich kleiner und leichter
baut, was sich auch auf die Auslegung der gesamten Umformpresse
volumenvermindernd auswirkt. Der Pressenstößel kann in seiner
Dimensionierung an das kleiner gestaltete Umformwerkzeug ange
paßt werden. Die Umformpresse erfordert damit einen geringeren
Investitionskostenaufwand und einen geringeren Platzbedarf.
Es sei an dieser Stelle angemerkt, daß die Vorrichtung zum Zu
halten des Umformwerkzeuges nicht notwendigerweise eine Umform
presse sein muß. Die Zuhaltefunktion kann ebenso durch Zuganker
erreicht werden, die das Umformwerkzeug direkt und unmittelbar
im Schließ- und/oder Öffnungssinne beaufschlagen. Die Zuganker
können als Schrauben ausgebildet sein, so daß das Zuhalten des
Umformwerkzeuges über eine Verschraubung der Werkzeughälften er
folgt. Alternativ sind auch Zuganker in Form von Kolbenstangen
denkbar, die durch beide Werkzeughälften seitlich der Gravur 3
hindurchgeführt sind und mit einem Ende an einem der Werkzeug
hälften fixiert und mit dem anderen Ende in einen Hydraulikzy
linder eintauchen. Durch hydraulische Betätigung des eintauchen
den Endes der Kolbenstangen mittels dem Innenhochdruck innerhalb
des Rohlinges entsprechenden Hochdruck kann eine derartige Zug
kraft entwickelt werden, daß das Umformwerkzeug zugehalten wird.
Ebenfalls kann auch das Öffnen des Umformwerkzeuges hydraulisch
erfolgen, indem das Ende der Kolbenstange gegenüber der Schließ
betätigung von der anderen Seite her mit einem Druck im Bereich
von etwa 250 bar beaufschlagt wird. Dieser Druck kann derselben
Druckquelle entnommen werden wie der Hochdruck beim Umformvor
gang. Es ist dabei auch denkbar, diesen Druck über einen separa
ten Druckkreislauf aufzubauen. Die Steuerung der Schließkraft
kann in diesem Ausführungsbeispiel entsprechend dem Aufbau der
Öffnungskraft durch eine Hydraulikdrucksteuerung gemäß einem
Kennfeld erfolgen. Denkbar ist auch die Steuerung in der Weise
vorzunehmen, daß der den Innenhochdruck bewirkende Fluidstrom
aufgeteilt wird, so daß ein Teil zur Aufweitung des Rohlinges in
diesen hineingeleitet wird und der andere Teil das Ende der Kol
benstange innerhalb des Hydraulikzylinders beaufschlagt. Somit
regelt sich die Schließkraft quasi von selbst in Abhängigkeit
von der Öffnungskraft. Die die Dichtung des Umformwerkzeuges be
wirkende Kraft kann dabei allein durch das Gewicht der auflie
genden Werkzeughälfte aufgebracht werden, wenn die beaufschlagte
Fläche des Kolbens der Kolbenstangen mit der projizierten Fläche
des umzuformenden Bauteils in der Größe übereinstimmt. Beim
Nachschieben oder Stauchen des Bauteilmaterials wird die proji
zierte Bauteilfläche und damit die das Werkzeug auseinandertrei
bende Druckkraft kleiner, so daß - da die Kolbenfläche der Kol
benstange unverändert bleibt - die Schließkraft nicht mehr aus
schließlich vom Gewicht der Werkzeughälfte aufgebracht wird,
sondern zusätzlich aus dem entstandenen Druckunterschied resul
tiert.
Entsprechend der Fig. 3 wird bei der Ausbildung des Unterwerk
zeuges 1 nach der Fig. 2 anhand der Kurve 7 die Schließkraft des
Pressenstößels mittels einer einfachen Steuerung gesteuert. Die
se verläuft direkt proportional zur Öffnungskraft aus dem Werk
zeug, die aus dem Produkt vom Innendruck innerhalb des Rohlings
und der projizierten Werkstückfläche resultiert und deren Ver
lauf aus der Kurve 8 in Fig. 3 zu ersehen ist, wobei die
Schließkraft für ein dichtes Zusammenhalten der Werkzeughälften
immer einen konstant höheren Wert besitzt. Prinzipiell ist der
Steuerung ein jedem Druckzustand des Innenhochdruckes zugeord
neter maximaler Wert vorgegeben, über den die Schließkraft wegen
der hohen Flächenpressung über die gesamte Dauer des Umformpro
zesses hinweg nicht steigen darf. Der Wert, um den die Schließ
kraft die Öffnungskraft übersteigt, liegt in einem Wertebereich
zwischen einem Mindestwert, bei dem die Dichtwirkung für das Um
formwerkzeug gerade noch gegeben ist, und einem Höchstwert, ab
dem eine kontaktflächenschädigende Flächenpressung auftritt
bzw. die Gefahr einer Schadensnahme an der vom Randstreifen 5
gebildeten Kontaktfläche entsteht. Die Kurve der Wertefolge der
jeweils bei den verschiedenen Innendruckzuständen bzw. -druck
werten maximal zulässigen Schließkraftwerte kann dabei zumindest
annähernd parallel zum Kurvenverlauf der Öffnungskraft verlau
fen. Der Verlauf der Schließkraftkurve kann auch nicht-linear
gesteuert werden, jedoch derart, daß die Schließkraft in jedem
Fall die Öffnungskraft so weit übersteigt, daß eine dichtende
Anlage des Oberwerkzeuges am Unterwerkzeug 1 gewährleistet ist.
Die Erfindung kann in allen IHU-(Innenhochdruck-Umform) Werkzeu
gen Verwendung finden, beispielsweise für Werkzeuge zur Herstel
lung abgasführender Kraftfahrzeugbauteile, wie eines luftspalt
isolierten Abgaskrümmers.
Claims (5)
1. Vorrichtung zum Innenhochdruck-Umformen mit einem in ein
Ober- und ein Unterwerkzeug geteilten, den umzuformenden hohlen
Rohling in einer Gravur aufnehmenden öffen- und schließbaren
Umformwerkzeug, das mit Kontaktflächen an den Werkzeughälften
versehen ist, die im Schließzustand des Umformwerkzeuges einan
der berühren und dichtend aufeinander liegen, und mit Mitteln
zur Beaufschlagung des Inneren des Rohlings mittels eines Hoch
druckfluides, wobei Ober- und Unterwerkzeug mit einer der be
triebsbedingten aus Innendruck und projizierter Werkstückfläche
resultierenden Öffnungskraft entgegenwirkenden Schließkraft be
aufschlagbar sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß an zumindest einer Werkzeughälfte (1) des Umformwerkzeuges
die dichtend anliegende Kontaktfläche auf einen gravurnahen, ge
genüber der sonstigen Formteilungsfläche dieser Werkzeughälfte
(1) zur gegenüberliegenden Werkzeughälfte hin abragenden Rand
streifen (5) beschränkt ist,
und daß eine Steuerung vorgesehen ist, welche den Verlauf der Schließkraft an den Verlauf
der Öffnungskraft derart steuert,
daß die Schließkraft die Öffnungskraft in jeder Phase des
Umformvorganges um einen Wert übersteigt, der in einem Wertebe
reich zwischen einem Mindestwert, bei dem die Dichtwirkung für
das Umformwerkzeug gerade noch gegeben ist, und einem Höchstwert
liegt, ab dem eine kontaktflächenschädigende Flächenpressung
auftritt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Randstreifen (5) aus der Stirnseite (9) der jeweiligen
Werkzeughälfte spanend herausgearbeitet ist, wobei die zer
spante Fläche der Werkzeughälfte (1) mit der stirnseitigen ge
genüberliegenden Oberfläche der anderen Werkzeughälfte in
Schließstellung des Umformwerkzeuges einen über die gesamte
Stirnseite (9) sich erstreckenden Luftspalt ausbildet, der von
dem Randstreifen (5) unterbrochen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Randstreifen (5) ein von der Werkzeughälfte (1) geson
dertes Werkzeugbauteil ist, das an der Stirnseite (9) der Werk
zeughälfte (1) hochdruckdicht entlang der Gravur (3) befestigt
ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Breite des Randstreifens (5) etwa 5 bis 150 mm beträgt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Randstreifen (5) mit konstanter Breite ausgebildet ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1996114242 DE19614242C1 (de) | 1996-04-10 | 1996-04-10 | Vorrichtung zum Innenhochdruck-Umformen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1996114242 DE19614242C1 (de) | 1996-04-10 | 1996-04-10 | Vorrichtung zum Innenhochdruck-Umformen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19614242C1 true DE19614242C1 (de) | 1997-02-13 |
Family
ID=7790946
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1996114242 Expired - Fee Related DE19614242C1 (de) | 1996-04-10 | 1996-04-10 | Vorrichtung zum Innenhochdruck-Umformen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19614242C1 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10047770A1 (de) * | 2000-09-27 | 2002-04-11 | Bayerische Motoren Werke Ag | Rahmenstruktur, insbesondere Lehnenrahmen für einen Fahrzeugstuhl, umfassend wenigstens zwei Seitenholme und einen diese verbindenden oberen Querträger, jeweils aus Hohlprofilen |
DE102020129877B3 (de) | 2020-11-12 | 2022-03-03 | Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft | Formwerkzeug und Verfahren zum Innenhochdruckumformen zum Bilden eines Hohlelements |
-
1996
- 1996-04-10 DE DE1996114242 patent/DE19614242C1/de not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Prospekt "Werkzeugbau, Prototypenbau" der Firma Dr. Meleghy, 1995 * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10047770A1 (de) * | 2000-09-27 | 2002-04-11 | Bayerische Motoren Werke Ag | Rahmenstruktur, insbesondere Lehnenrahmen für einen Fahrzeugstuhl, umfassend wenigstens zwei Seitenholme und einen diese verbindenden oberen Querträger, jeweils aus Hohlprofilen |
DE102020129877B3 (de) | 2020-11-12 | 2022-03-03 | Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft | Formwerkzeug und Verfahren zum Innenhochdruckumformen zum Bilden eines Hohlelements |
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Legal Events
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8100 | Publication of the examined application without publication of unexamined application | ||
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