DE19648091A1 - Verfahren und Einrichtung zur Herstellung von Hohlprofilen mit endseitigen Querschnittserweiterungen - Google Patents
Verfahren und Einrichtung zur Herstellung von Hohlprofilen mit endseitigen QuerschnittserweiterungenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Hohl
profilen mit endseitigen Querschnittserweiterungen nach dem
Oberbegriff des Patentanspruches 1 und eine Einrichtung zur
Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Patentan
spruches 9.
Ein gattungsgemäßes Verfahren bzw. eine gattungsgemäße Einrich
tung ist aus der DE 44 44 759 A1 bekannt. Beim darin beschrie
benen Verfahren zur Herstellung von Abgaseinlaßstutzen für
Kraftfahrzeug-Katalysatoren wird ein rohrförmiger Rohling in
die Gravur eines zweiteiligen Innenhochdruck-Umformwerkzeuges
eingelegt, worauf das Umformwerkzeug geschlossen wird. Die Gra
vur jedes Werkzeugteils weist eine ausladende, von der axialen
Längserstreckung der Rohlingsform abweichende keilförmige Aus
nehmung auf, wobei die Ausnehmungen gleichförmig ausgebildet,
jedoch spiegelverkehrt unter einem Drehwinkel von 180° um eine
vertikale Achse versetzt zueinander angeordnet sind. Der Roh
ling und gleichzeitig die Gravur werden in der Schließstellung
des Umformwerkzeuges beidseitig axial durch zwei mit einem An
schluß zur Einleitung von Hochdruckfluid versehene Stempel
druckdicht verschlossen, welche während der durch das eingelei
tete unter Hochdruck stehende Fluid erfolgende Aufweitung des
Rohlinges in die Ausnehmungen hinein Wandungsmaterial des Roh
linges zur Mitte hin nachschieben. Der fertigumgeformte Rohling
ist hierbei entsprechend der Gravurform im Aufweitungsbereich
asymmetrisch ausgebildet. Nach Entnahme des umgeformten Rohlin
ges wird dieser von einer Trennvorrichtung im Aufweitungsbe
reich mit einem planaren Schrägschnitt derart geteilt, daß zwei
Hohlprofile identischer Form entstehen, deren in Trennlage ein
ander zugekehrten Enden in der Weise bezüglich des restlichen
hohlzylindrischen Verlaufes querschnittserweitert sind, daß sie
eine schräg verlaufenden Trichterform aufweisen. Die Herstel
lung von Hohlprofilen mit derartig großen Umformgraden mittels
des bekannten Verfahrens ist mit einer hohen Ausschußrate be
haftet, da bei der Ausbildung von kleinen Radien an den Aufwei
tungsrändern, in diesem Fall sogar einseitig von 90°, den dazu
erforderlichen sehr hohen Drücken von über 1000 bar und den ho
hen Umformgraden, d. h. dem Verhältnis von Einlegerohlingsdurch
messer zum größten Durchmesser des umgeformten Bauteils, von
über 60% kann nicht genügend Wandungsmaterial trotz Nachschie
bens über die Nachführstempel in den Aufweitbereich geliefert
werden, so daß durch die in diesem Bereich entstehende Materi
alarmut die Wandung des Rohlings teilweise so dünn wird, daß es
zum Bersten des Rohlings kommen kann. Das geeignete Nachfließen
des Wandungsmaterials verhindert die hohe Reibung des von den
Stempel nachgeschobenen Wandungsmaterials an der Gravur trotz
Einbringen eines Schmierstoffes zwischen Gravur und Rohling.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes
Verfahren bzw. eine gattungsgemäße Einrichtung zu dessen Durch
führung dahingehend weiterzuentwickeln, daß aus einem hohlen
Rohling Hohlprofile mit geringstmöglicher Ausschußquote und da
mit prozeßsicher hergestellt werden können, die mit hohen Um
formgraden endseitig querschnittserweitert sind.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patent
anspruches 1 hinsichtlich des Verfahrens und durch die Merkmale
des Patentanspruches 9 hinsichtlich der Einrichtung gelöst.
Dank der Erfindung werden in einfacher Weise durch das gleich
zeitige Aufweiten mittels eines Fluiddruckes und axiale, durch
die Schließbewegung des anfangs des Umformvorgangs geöffneten
Umformwerkzeuges bewirktes Zusammendrücken des Rohlinges hohe
Umformgrade ermöglicht, wobei ein hinsichtlich dem beim Umfor
men durch reines Aufweiten erforderlichen hohen Fluiddruck (<
1000 bar) vergleichsweise geringer Fluiddruck von etwa 200-300
bar aufzubringen ist. Damit wird die Fluiddruckerzeugungsanlage
gleichfalls vereinfacht, da die für sehr hohe Drücke notwendi
gen Druckübersetzer entfallen. Die Abstimmung des Fluiddruckes
und der Stauchbewegung erfolgt derart, daß die Knickgefahr für
den Rohling praktisch auszuschließen ist. Durch das Stauchen
wird ausreichend Material in die Aufweitzone nachgeliefert, so
daß sogar Umformgrade von über 90% möglich sind ohne daß eine
Rißbildung oder gar eine Zerstörung des Rohlinges durch Auf
platzen auftritt. Da keine Relativbewegung beim Umformprozeß
zwischen dem Rohling und der Gravur des Umformwerkzeuges statt
findet, ergibt sich auch keine Reibung, so daß auf die übliche
Schmierung verzichtet werden kann. Dies hat zur Folge, daß kei
ne Probleme beim Wiederaufbereiten der Fluiddruckflüssigkeit
durch filterverstopfende Schmierstoffe auftreten können. Die
beim Umformprozeß entstehenden bauchigen rotationssymmetrischen
Rohlinge sind in einfacher Weise durch einen einfachen Schnitt
quer zu ihrer Längserstreckung in zwei Hohlprofile zu trennen.
Aufgrund ihrer Rotationssymmetrie sind diese in der Verwendung
als Anschlußstutzen für Katalysatorengehäuse für die herkömm
lich ausgebildeten Gehäuse optimal geeignet, wobei durch den
geradlinigen konischen Verlauf (straight cone) des zu einem
derartigen Stutzen erfindungsgemäß umgeformten Hohlprofiles
bestmögliche Anströmungsverhältnisse für den Katalysatorkörper
gewährleistet sind. Weiterhin erlaubt das erfindungsgemäße Ver
fahren aufgrund der geringeren Ansprüche an ein hohes Umform
vermögen den Einsatz von nichtrostenden ferritischen im Ver
gleich zu den bisher verwandten austenitischen Werkstoffen we
sentlich preisgünstigeren Werkstoffen. Durch die Verwendung von
ferritischen Werkstoffen können aufgrund der geringeren Wärme
dehnung gegenüber austenitischen Werkstoffen kompaktere Hohl
profile bzw. aus diesen bestehende oder diese beinhaltende Zu
sammenbauten hergestellt werden.
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 in einem seitlichen Längsschnitt einen Abschnitt des Um
formwerkzeuges der erfindungsgemäßen Einrichtung,
Fig. 2 das Umformwerkzeug aus Fig. 1 in perspektivischer Dar
stellung,
Fig. 3a-g in einem seitlichen Längsschnitt die Herstellungsab
folge des erfindungsgemäßen Verfahrens mit dem Umformwerkzeug
aus Fig. 1 einschließlich der Entnahme des fertigumgeformten
Rohlinges.
In Fig. 1 wie auch in Fig. 2 ist ein Innenhochdruck-Umformwerk
zeug 1 dargestellt, welches aus zwei Werkzeughälften, einer
oberen 2 und einer unteren 3 besteht. Das Umformwerkzeug 1 ist
in einer Umformpresse integriert, die einen Pressenstößel 4 und
einen Pressentisch 5 beinhaltet. Die obere Werkzeughälfte 2 ist
über eine Kopfplatte 6 mit dem Pressenstößel 4 fest verbunden.
Sie weist des weiteren eine auf pressenstößelabgewandter Stirn
seite 7 eine Aussparung 8 auf, in die ein austauschbarer oberer
Matrizeneinsatz 9 eingelassen und an der Stirnseite 7 mit der
Werkzeughälfte 2 verschraubt ist. Die untere Werkzeughälfte 3
ist mit dem Pressentisch 5 über mehrere dort verankerte hydrau
lisch arbeitende Antriebszylinder 10 verbunden, die kreisförmig
über die Unterseite 42 der unteren Werkzeughälfte 3 verteilt
angeordnet sind und durch die die untere Werkzeughälfte 3 hub
beweglich antreibbar ist. In der der oberen Werkzeughälfte 2
zugewandten Stirnseite 11 der unteren Werkzeughälfte 3 ist eine
hinsichtlich der Aussparung 8 gleichgestaltete Aussparung 12
ausgebildet, in welcher ein unterer Matrizeneinsatz 13 einge
las sen und an der Stirnseite 11 mit der Werkzeughälfte 3 ver
schraubt ist.
Die Matrizeneinsätze 9, 13 weisen jeweils hohle, die Einsätze
9, 13 axial durchsetzende Gravurteile 14 und 15 auf, die bei
Anlage aneinander eine gemeinsame rotationssymmetrische Gravur
16 bilden. Die beiden Gravurteile 14, 15 sind bezüglich der ho
rizontal verlaufenden Trennebene 17 des Umformwerkzeuges 1
spiegelverkehrt zueinander angeordnet und weisen - ausgehend
von der Trennebene 17 - zuerst einen ersten kürzeren hohlzylin
drischen Abschnitt 18, dann anschließend einen zweiten konisch
unter einem Winkel von etwa 45° sich verjüngenden Abschnitt 19
und einen dritten sich unmittelbar an diesen anschließenden
längeren hohlzylindrischen Fortsatz 33 auf. Die Abschnitte 18
und 19 werden durch von der Kontur des Rohlings 28 abweichenden
radialen Ausnehmungen der Gravur 16 gebildet. An die Gravurtei
le 14, 15 schließt sich jeweils eine Führungsbohrung 20 an, die
die Werkzeughälften 2, 3 koaxial zur Gravurachse 21 durchsetzen
und in die jeweils ein Stempel 22, 23 verschiebbar aufgenommen
ist.
Die Stempel 22, 23 weisen einen zentralen sie axial durchsetzen
den Fluidkanal 24 auf, über den die Gravurteile 14, 15 mit einer
extern angeordneten Fluidhochdruckerzeugungsanlage verbunden
sind. Die Stempel 22, 23 sind auf gravurteilzugewandter Seite 25
als konisch sich verjüngender Zapfen 26 ausgebildet, wobei sich
zwischen dem Gravurteil 14, 15 und dem Zapfen 26 ein schräg ver
laufender Ringspalt 27 ausbildet, in dem der umzuformende rohr
förmige Rohling 28 durch die Keilwirkung verklemmend aufnehmbar
ist. Die Aufnahme für den Rohling 28 bilden somit der Gravur
teil 14, 15 und der Zapfen 26 aus, wobei durch die Verklemmung
des Rohlinges 28 die Gravur 16 gegenüber der äußeren Umgebung
eine fluidhochdruckdichte Abdichtung erreicht wird. In der Öff
nungsstellung des Umformwerkzeuges 1 ist damit jeweils ein Ende
eines eingebrachten Rohlings 28 gänzlich umschlossen und druck
dicht gehalten. Auf gravurteilabgewandter Seite 29 des Stempels
22, 23 ist dieser mit über eine Stempelplatte 30, 38 mit einem
hydraulisch arbeitenden Antriebszylinder 31, 35 verbunden, durch
welchen der Stempel 22, 23 je nach Gebrauch anheb- oder absenk
bar ist.
Es ist natürlich denkbar, die Aufnahme des Rohlinges 28 im Um
formwerkzeug 1 ohne Führungsbohrung 20 und Stempel 22, 23 zu ge
stalten, so daß der sich an den zylindrischen Fortsatz 33 des
Gravurteiles 14, 15 anschließende Grund der Werkzeughälfte 2, 3
und das Gravurteil 14, 15 selbst die Aufnahme bilden. Gegebenen
falls kann am Grund entsprechend der Ausbildung des Stempels
22, 23 ein Aufnahmezapfen angeformt sein. Diese werkzeugtech
nisch einfache Alternative zu dem Vorsehen von verschiebbaren
Stempeln 22, 23 ist allerdings nur dann sinnvoll, wenn nach der
eigentlichen Umformung des Rohlings 28 dieser nicht noch nach
kalibriert werden muß, so daß auf eine Nachführung von Stempeln
22, 23 zur Aufrechterhaltung einer ausreichenden Abdichtung ver
zichtet werden kann. Gleichfalls sollte die Anpressung des fer
tigumgeformten Rohlinges 28 in den Gravurteilen 15, 16 nicht so
groß sein, daß eine Entnahme des aus dem Rohling 28 entstande
nen bauchig aufgeweiteten Hohlprofils 47 aufgrund mangelnder
aufzubringender hoher Entnahmekräfte einer Entnahmevorrichtung
verhindert wird. Die Entnahme könnte dahingehend beispielsweise
durch eine geeignete Schmierung zwischen Rohling 28 und Gravur
teil 15, 16 erleichtert werden.
Zur Herstellung von endseitig querschnittserweiterten Hohlpro
filen mit Erweiterungen hohen Umformgrades (<90%) wird der Roh
ling 28 mit seinem unteren Ende 48 in die Aufnahme der unteren
Werkzeughälfte 3 mittels eines Produktionsroboters eingesetzt,
wobei der konische Abschnitt 19 des Gravurteils 14 zur Einbrin
gung des Rohlings 28 zentrierend wirkt (Fig. 3a). Der Pressen
stößel 4 befindet sich dabei mit der oberen Werkzeughälfte 2 in
einer oberen Endposition. Wie Fig. 2 entnehmbar, sind in der
unteren Werkzeughälfte 3 in kreisförmiger Anordnung zueinander
sechs Matrizeneinsätze 13 eingelassen, die parallel zueinander
verlaufen und mit sechs Matrizeneinsätzen 9 in der oberen Werk
zeughälfte 2 korrespondieren. Dadurch können in einem einzigen
Arbeitsgang verfahrensökonomisch mehrere Rohlinge 28 gleichzei
tig und unter gleichen Arbeitsbedingungen umgeformt werden.
Nach dem Einsetzen des Rohlinges 28 in die Aufnahme der unteren
Werkzeughälfte 3 wird die obere Werkzeughälfte 2 angetrieben
vom Pressenstößel 4 in eine Fangposition abgesenkt (Fig. 3b),
in der der gleichzeitig zum Pressenstößel 4 mittels des Ar
beitszylinders 31 synchron angetriebene obere Stempel 22 in das
obere Ende 32 des Rohlings 28 eingeschoben ist und in der obe
ren Aufnahme abdichtend verklemmt. Die Fangposition ist defi
niert durch die Höhe eines säulenförmigen Distanzkörpers 34,
der einerseits am Pressentisch 5 fest verankert ist und auf dem
andererseits der Pressenstößel 4 unter Einnahme einer während
des weiteren Herstellungsprozesses ortsfesten Lage zu liegen
kommt. Somit hat die obere Werkzeughälfte 2 in der Fangposition
ihre unterste Absenklage erreicht, wobei der Pressenstößel 4
die erforderliche Schließkraft aufbringt.
Alsdann wird die untere Werkzeughälfte 3 von den Antriebszylin
dern 10 angehoben, wobei der untere Stempel 23 angetrieben
durch den zugehörigen unteren Antriebszylinder 35 synchron zur
Anhebung der unteren Werkzeughälfte 3 angehoben wird. Bei der
Anhebung wird über den Fluidkanal 24 mittels der Fluidhoch
druckerzeugungsanlage ein Hochdruck auf den Rohling 28 innen
seitig ausgeübt, der diesen aufzuweiten beginnt. Durch das An
heben der unteren Werkzeughälfte 3 wird gleichzeitig der Roh
ling 28 axial gestaucht, wobei die Stauchbarkeit von der Auf
weitwirkung des Fluiddruckes begünstigt wird. Der Prozeß des
Aufweitstauchens endet bei Anlage der beiden Werkzeughälften
2, 3 aneinander, d. h. bei Erreichen der Schließstellung des Um
formwerkzeuges 1 (Fig. 1). Der umgeformte Rohling 28 liegt dann
nahezu, wenn nicht gar vollständig an der Gravur 16 des Umform
werkzeuges 1 an.
Um eine kontrollierte Umformung zu erhalten, ist die Abhängig
keit der Drucksteuerung der Anlage zur Fluiddruckerzeugung von
der Bewegungssteuerung der unteren Werkzeughälfte 3 unerläß
lich. Hierbei ist die Ausbildung der Bewegungssteuerung als
Kennfeldsteuerung mit in einer elektronischen Steuereinheit ge
speicherten Druck-Position-Wertepaaren sinnvoll, bei der der
Druckwert eines momentan erzeugten Fluiddruckes einem Posi
tionswert der einzunehmenden Stellung der unteren Werkzeughälf
te 3 in vertikaler Richtung zugemessen wird, in die die untere
Werkzeughälfte 3 je nach vorhergehender Lage dann angehoben
oder abgesenkt wird. Zur Realisierung ist für die erfindungsge
mäße Einrichtung eine Wegmeßvorrichtung 36 vorgesehen, deren
Wegmeßgeber 37 an der hubbeweglichen unteren Werkzeughälfte 3
einenends und ortsfest am unbeweglichen Teil der Arbeitszylin
der 10 anderenends angebracht ist. Der Wegmeßgeber 37 ist mit
den hydraulisch arbeitenden Antriebszylindern 10 der unteren
Werkzeughälfte 3 in der Weise gekoppelt, daß die von der Kenn
feldsteuerung ausgegebenen Soll-Positionswerte ein Maß für die
Größe und Richtung der Antriebskraft bilden. Die Ist-Position
der unteren Werkzeughälfte 3 wird danach der Soll-Position
durch Erhöhung bzw. Erniedrigung der Antriebskraft der An
triebszylinder 10 angeglichen.
Als Alternative zur oben beschriebenen Steuerung der unteren
Werkzeughälfte 3 ist gleichermaßen denkbar, daß diese mittels
in besagter Steuereinheit gespeicherter, vorprogrammierter An
triebswerte bewegungsgesteuert ist. Danach wird der zu erzeu
gende Druck der Fluiddruckerzeugungsanlage gesteuert, wobei
diese Steuerung ebenfalls eine Kennfeldsteuerung mit in der
elektronischen Steuereinheit gespeicherten Position-Druck-Wer
tepaaren ist. Die Steuerung erfolgt derart, daß ein von der mit
den Antriebszylindern 10 der unteren Werkzeughälfte 3 gekoppel
ten Wegmeßvorrichtung 36 in Abhängigkeit von einem momentanen
antriebsspezifischen Wert, vorzugsweise der Antriebskraft aus
gegebener, auf die momentane Stellung der unteren Werkzeughälf
te 3 bezogener sensorisch erfaßter Positionswert über das Kenn
feld einem Soll-Druckwert des von der Fluiddruckerzeugungsanla
ge zu erzeugenden Fluiddruckes zugemessen ist, worauf die
Druckerzeugungsanlage ihren vorhergehenden Ist-Druckwert dem
Soll-Druckwert angleicht.
Nach dem Schließen des Umformwerkzeuges 1 wird die Bewegungs
steuerung der unteren Werkzeughälfte 3 von der Drucksteuerung
abgekoppelt. Danach wird unter hohem Fluiddruck zwischen 800
und 1000 bar die vorläufige Form des umgeformten Rohlinges 28
in den Endzustand kalibriert, wonach dieser an die Gravurform
angepreßt wird und wobei die kleinen Radien am Rohling 28 er
zeugt werden (Fig. 3c). Da es sich hierbei nur um eine geringe
Umformung handelt, muß nur wenig Wandungsmaterial nachfließen.
Dieses fließt unter Einwirkung des Fluiddruckes von selbst zum
Aufweitbereich mit geringfügiger Verkürzung des den zylindri
schen Fortsätzen 33 der Gravur 16 entsprechenden zylindrischen
Abschnittes des umgeformten Rohlinges 28. Es ist somit kein
Nachführstempel bekannter Art notwendig, über den Wandungsmate
rial mit großem Kraftaufwand nachgeliefert wird. Aufgrund der
gleichermaßen geringen Relativbewegung des Rohlinges 28 zur
Gravur 16 ist nur eine leichte Schmierung erforderlich. Natür
lich ist es auch prinzipiell denkbar, mittels des Stempels
22, 23 Wandungsmaterial nachzuschieben.
Um die Dichtigkeit des Rohlinges 28 und der Gravur 16 bei der
axialen Verkürzung des Rohlinges 28 zu gewährleisten, ist al
lerdings ein Nachführen des jeweiligen Stempels 22, 23 notwen
dig. Dabei bringen die Stempel 22, 23 jedoch keine zusätzliche
den Rohling 28 stauchende Kraft auf, sondern werden nur mit der
Verkürzungsbewegung mitverschoben. Die Stempel 22, 23 sind zur
Nachführung in Schließstellung des Umformwerkzeuges 1 in Abhän
gigkeit vom Kalibrierdruck nach einem Kennfeld verschiebbar ge
steuert, in dem der Druckwert des momentanen Fluiddruckes einem
Verschiebewert für den Stempel 22, 23 zugeordnet wird, der von
einem hier nicht gezeigten Wegmeßsystem auf den Stempelantrieb
übertragen wird. Zur Verschiebung des unteren Stempels 23 rela
tiv zur unteren Werkzeughälfte 3 ist in der Oberseite 39 der
unteren Stempelplatte 38 ein Distanzzylinder 40 angeordnet,
dessen Kolben 41 an der Unterseite 42 der unteren Werkzeughälf
te 3 befestigt ist. Der Kolben 41 begrenzt mit dem Zylinder
grund 43 einen Druckraum 44. Die Wechselwirkung der Druckkraft
innerhalb des Druckraumes 44 und die Antriebskraft des An
triebszylinders 35 definieren die Lage des Stempels 23 relativ
zur unteren Werkzeughälfte 3. Zum Nachführen des Stempels 23
wird der Druck innerhalb des Druckraumes 44 bedarfsgerecht er
niedrigt, wonach der Kolben 41 tiefer in den vom Antriebszylin
der 35 getriebenen Distanzzylinder 40 eintaucht. Der Stempel 23
wird somit in den Gravurteil 14 hineinverschoben. Der Stempel
22 wird synchron zum Stempel 23 durch entsprechende Betätigung
des Antriebszylinders 31 in den Gravurteil 15 hineinverschoben.
Nach erfolgter Kalibrierung wird der Fluiddruck entspannt, wo
rauf der Pressenstößel 4 mit der oberen Werkzeughälfte 2 und
dem Stempel 22 in seine obere Endposition angehoben wird und
das Umformwerkzeug 1 sich somit öffnet. Dabei wird der fertig
umgeformte Rohling 28 bis zur Trennebene 17 freigegeben (Fig. 3d).
Um das Hohlprofil 47 in einfacher Weise aus dem unteren
Gravurteil 14 zu entnehmen, wird im Druckraum 44 der Druck noch
weiter abgesenkt, wonach der Kolben 41 noch tiefer in den Di
stanzzylinder 40 eintaucht, wodurch angetrieben durch den An
triebszylinder 35 der Stempel 23 weiter in den Gravurteil 14
hineinverschoben wird. Dabei beaufschlagt er axial das Hohlpro
fil 47 und schiebt diesen gleichermaßen aus der Aufnahme her
aus, bis die oberste Verschiebestellung des Stempels 23 er
reicht ist, in der der untere Öffnungsrand 45 des Hohlprofiles
47 im Übergang hohlzylindrischen Fortsatzes 33 zum von diesem
aus konisch erweiterten Abschnitt 19 des Gravurteils 14 der un
teren Werkzeughälfte 3 angeordnet ist (Fig. 3e). Denkbar sind
jedoch auch Stellungen über diese hinaus. Um die Haftung der
oberen Werkzeughälfte 2 am Hohlprofil 47 im Gegensatz zu der
der unteren Werkzeughälfte 3 zu verringern, kann die Trennebene
17 der beiden Werkzeughälften 2, 3 zu dem konischen Abschnitt 19
des oberen Gravurteils 15 hinversetzt sein, so daß der untere
Gravurteil 14 axial länger ist als der obere. In diesem Fall
bildet die Trennebene 17 nicht wie bisher die Spiegelebene zwi
schen den Gravurteilen 14, 15.
Eine mit einem zangenförmigen Greifer 46 bestückte robotische
Entnahmevorrichtung untergreift die bauchige Aufweitung des
Hohlprofiles 47 formschlüssig und stützt sich dabei an der
Stirnseite 11 der unteren Werkzeughälfte 3 ab. Anschließend
wird der Druck im Druckraum 44 erhöht und gleichzeitig die An
triebskraft des Antriebszylinders 35 verringert. Dabei wird die
untere Stempelplatte 38 samt Stempel 23 nach unten zurückgezo
gen, wobei das Hohlprofil 47 durch die Hintergreifung mittels
des Greifers 46 vom Stempel 23 abgestreift wird (Fig. 3f).
Hierauf ist das Hohlprofil 47 von der unteren Werkzeughälfte 3
vollständig losgelöst, so daß die Entnahme des Hohlprofiles 47
erfolgen kann (Fig. 3g). Anstelle eines Greifers 46 ist auch
eine Entnahme mit einem saugnapfbestückten Roboterarm denkbar.
Schließlich wird die untere Werkzeughälfte 3 in ihre untere
Ausgangsposition unter Hydraulikdruckentspannung der Antriebs
zylinder 10 mittels ihres Eigengewichtes zurückgefahren.
Angemerkt sei an dieser Stelle, daß der Stempel 22, 23 in werk
zeugtechnisch einfacher und bezüglich des Arbeitsablaufes ein
facher Weise sowohl die Funktion des Abdichtens der Gravur 16
und des Rohlinges 28 als auch der Bildung der Aufnahme für den
Rohling 28 sowie des Auswerfens des fertigumgeformten Rohlinges
28 in sich trägt.
Nach der Entnahme wird der umgeformte Rohling 28 im Bereich
seiner Ausbauchung mittig durch einen quer zu seiner Längser
streckung verlaufenden Schnitt mittels einer geeigneten Trenn
vorrichtung beispielsweise mittels eines Lasers in zwei identi
sche Hohlprofile mit querschnittserweitertem Ende getrennt. Die
Herstellung von einem Doppelteil pro Gravur 16 in einem Ar
beitsgang erbringt damit für den Umformvorgang eine sehr hohe
Effektivität und Produktivität. Die beschriebene Form der Gra
vur 16 und der Hohlprofile dienen in besonderer Anwendung als
Anschlußstutzen für Katalysatorengehäuse, die mit diesen ver
schweißt werden.
Alternativ kann der Distanzzylinder 40 während des Umformvor
ganges für eine starre Verbindung zwischen der unteren Stempel
platte 38 und der unteren Werkzeughälfte 3 sorgen. Die Zylinder
10 werden durch die Bewegung des als Umformzylinder dienenden
Antriebszylinder 35 des Stempels 23 mitgeschleppt. Bei Errei
chen der Anlagestellung der beiden Werkzeughälften 2, 3 werden
die Zylinder 10 mit hohem Druck beaufschlagt, um das Umform
werkzeug 1 beim nachfolgenden Kalibriervorgang geschlossen zu
halten. Der Distanzzylinder 40 wird dagegen drucklos geschal
tet, so daß ein Nachführen des Stempels 23 während des Kali
brierens möglich wird, um den Druck innerhalb der Gravur 16
aufrechterhalten zu können.
Alternativ zur Umformung durch eine einerseits ortsfeste obere
Werkzeughälfte 2 und eine andererseits hubbewegliche untere
Werkzeughälfte 3 ist auch denkbar, daß die untere Werkzeughälf
te 3 ortsfest angeordnet ist und daß die obere, mit dem Pres
senstößel 4 einer Umformpresse fest verbundene Werkzeughälfte 2
hubbeweglich ist und zur Umformung des Rohlings 28 auf die un
tere Werkzeughälfte 3 verfahrbar ist. Hierzu entfällt natürlich
der Distanzkörper 34. Bezüglich der Steuerung des Pressenstö
ßels 4 in Abstimmung mit der Fluidhochdrucksteuerung gilt oben
gesagtes. Im übrigen ist auch eine Steuerung denkbar, bei der
beide Werkzeughälften 2, 3 hubbeweglich sind und bis in die An
lagestellung aneinander aufeinanderzu verfahren werden können.
Claims (27)
1. Verfahren zur Herstellung von Hohlprofilen mit endseitigen
Querschnittserweiterungen, wobei ein hohler Rohling durch In
nenhochdruckumformen mittels eines diesen aufnehmenden Umform
werkzeuges aufgeweitet und kalibriert wird und nach der Kali
brierung im Bereich der Aufweitung unter Bildung zweier Hohl
profile mit in Trennlage einander zugekehrten querschnittser
weiterten Enden durchtrennt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Rohling (28) bei geöffnetem Umformwerkzeug (1) aufge
weitet und gleichzeitig durch eine von außen auf zumindest
eines der beiden Rohlingsenden (32, 48) axial gerichtete Druck
kraft zu einem rotationssymmetrischen bauchigen Hohlprofil (47)
gestaucht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das nach dem Innenhochdruckumformen erzeugte Hohlprofil
(47) im Bereich seiner Ausbauchung mittig in Querrichtung zur
Längserstreckung des Hohlprofiles (47) getrennt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Aufweitung und die Stauchung des Rohlinges (28) während
der Schließbewegung des aus zwei Hälften (2, 3) bestehenden Um
formwerkzeuges (1) durch die Relativbewegung der Werkzeughälf
ten (2, 3) zueinander erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß in Schließstellung des Umformwerkzeuges (1) die aufgeweite
te und gleichzeitig gestauchte Form des Rohlinges (28) kali
briert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß beim Kalibrieren axial Wandungsmaterial des Rohlings (28)
zu dessen bauchigen Bereich hin nachgeschoben wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß am Rohling (28) durch den Umformvorgang ein konisch aufge
weiteter Bauchbereich erzeugt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß durch die Trennung des Hohlprofiles (47) im Bauchbereich
formgleiche Einzelhohlprofile als Anschlußstutzen für Katalysa
torengehäuse hergestellt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das umgeformte Hohlprofil (47) nach dessen Entnahme aus dem
Umformwerkzeug (1) durchgetrennt wird.
9. Einrichtung zur Herstellung von Hohlprofilen mit endseitigen
Querschnittserweiterungen, mit einem aus zwei in vertikaler
Richtung relativ zueinander verfahrbaren und in Schließstellung
aufeinanderliegenden Werkzeughälften bestehenden Innenhoch
druckumformwerkzeug, das eine von den einander zugekehrten
Stirnseiten beider Werkzeughälften gebildete Gravur zum Ein
bringen eines umzuformenden hohlen länglichen Rohlinges auf
weist, die von der Kontur des Rohlings abweichende radiale Aus
nehmungen aufweist, mit einer Fluiddruckerzeugungsanlage, mit
tels der nach Einleiten eines Druckfluides in den Rohling ein
diesen aufweitender Hochdruck aufbringbar ist, mit einer Vor
richtung zur axialen fluidhochdruckdichten Abdichtung der Gra
vur, und mit einer extern angeordneten Trennvorrichtung, mit
tels der im Bereich der Aufweitung des Rohlings dieser in zwei
Hohlprofile mit querschnittserweiterten Enden trennbar ist, zur
Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Trennebene (17) der Werkzeughälften (2, 3) quer zur
Längserstreckung der rotationssymmetrisch ausgebildeten Gravur
(16) verläuft, wobei die Gravur (16) aus zwei hohlen Gravurtei
len (14, 15) besteht, daß die Werkzeughälften (2, 3) eine Aufnah
me aufweisen, in der in einer Öffnungsstellung des Umformwerk
zeuges (1) jeweils ein Ende (32, 48) eines eingebrachten Roh
lings (28) gänzlich umschlossen und druckdicht gehalten ist,
und daß die Einrichtung eine Steuereinheit zur Steuerung der
Relativbewegung der Werkzeughälften (2, 3) zueinander beinhal
tet, welche Steuerung mit der Drucksteuerung der Fluiddrucker
zeugungsanlage korreliert ist, derart, daß die Werkzeughälften
(2, 3) - ausgehend vom offenen Umformwerkzeug (1) - sich in ei
ner resultierenden axialen Stauchwirkung auf den sich gleich
zeitig durch Innenhochdruck aufweitenden Rohling (28) einander
annähern, bis die Anlagestellung der beiden Werkzeughälften
(2, 3) erreicht ist, die die Schließstellung des Umformwerkzeu
ges (1) bildet, in der die Bewegungssteuerung von der Druck
steuerung abgekoppelt ist.
10. Einrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die obere Werkzeughälfte (2) an einem Pressenstößel (4) ei
ner Umformpresse befestigt ist, der auf einen am Pressentisch
(5) verankerten Distanzkörper (34) verfahrbar ist, wobei die
obere Werkzeughälfte (2) eine Fangposition einnimmt, in der der
eingebrachte Rohling (28) in der dortigen Aufnahme gehalten
ist.
11. Einrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Aufnahmen der beiden Werkzeughälften (2, 3) durch linear
verlaufende hohlzylindrische Fortsätze (33) der Gravur (16)
gebildet sind, wobei der Gravurteil (14, 15) jeder Werkzeughälf
te (2, 3) einen sich an den jeweiligen Fortsatz (33) anschlie
ßenden, quer zu dessen Längserstreckung verlaufenden Grund be
sitzt, der die Fortsätze (33) axial begrenzt.
12. Einrichtung nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß am Grund ein Aufnahmezapfen ausgebildet ist, der mit dem
Fortsatz (33) einen Ringspalt (27) begrenzt, in dem die Roh
lingsenden (32, 48) aufnehmbar sind.
13. Einrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Aufnahmen von linear verlaufenden hohlzylindrischen
Fortsätzen (33) der Gravur (16) und von konisch ausgebildeten
Enden jeweils eines Stempels (22, 23) gebildet sind, der in
einer die jeweilige Werkzeughälfte (2, 3) durchsetzenden und im
Gravurteil (16) der Werkzeughälfte (2, 3) ausmündenden Führungs
bohrung (20) verschiebbar geführt ist.
14. Einrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die untere Werkzeughälfte (3) mit einem hinsichtlich der
oberen Werkzeughälfte (2) separaten Antrieb versehen ist, mit
tels dessen sie hubbeweglich verfahrbar ist.
15. Einrichtung nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Stempel (23) der unteren Werkzeughälfte (3) derart an
getrieben ist, daß er beim Annäherungsvorgang der beiden Werk
zeughälften (2, 3) bis zum Erreichen deren Anlagestellung anein
ander stets die gleiche Relativlage zur unteren Werkzeughälfte
(3) aufweist und in Anlagestellung relativ zur Lage der unteren
Werkzeughälfte (3) verschiebbar ist.
16. Einrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Form eines jeden Gravurteils (14, 15) entsprechend eines
konischen Anschlußstutzens für einen Katalysator ausgebildet
ist.
17. Einrichtung nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Stempel (23) der unteren Werkzeughälfte (3) nach durch
eine Hubbewegung der oberen Werkzeughälfte (2) erfolgter Frei
gabe des oberen Endes (32) des fertigumgeformten Rohlinges (28)
soweit in den Gravurteil (14) der unteren Werkzeughälfte (3)
hinein verschiebbar ist, daß der von ihm mitverschobene Rohling
(28) von einer Entnahmevorrichtung der Herstellungseinrichtung
abgreifbar ist.
18. Einrichtung nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet,
daß in der Abgreifstellung der Entnahmevorrichtung der Stempel
(23) eine Rückzugslage in der Führungsbohrung (20) einnimmt, in
der er von einer Beaufschlagung des fertigumgeformten das Hohl
profil (47) bildenden Rohlinges (28) abgekoppelt ist.
19. Einrichtung nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet,
daß die oberste Verschiebestellung des Stempels (23) die ist,
in der der untere Öffnungsrand (45) des vom umgeformten Rohling
(28) gebildeten Hohlprofiles (47) im Übergang der Aufnahme zur
Ausnehmung des Gravurteils (14) der unteren Werkzeughälfte (3)
angeordnet ist.
20. Einrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Umformwerkzeug (1) mehrere parallel zueinander angeord
nete Gravuren (16) mit zugehörigen Aufnahmen für den jeweils
einzubringenden Rohling (28) aufweist.
21. Einrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Bewegungssteuerung der unteren Werkzeughälfte (3) zuge
ordnet ist, wobei die Steuerung eine Kennfeldsteuerung mit in
der elektronischen Steuereinheit gespeicherten Druck-Position-Wertepaaren
ist, bei der der Druckwert eines momentan erzeugten
Fluiddruckes einem Positionswert der einzunehmenden Stellung
der unteren Werkzeughälfte (3) zugemessen ist, in die die unte
re Werkzeughälfte (3) je nach Lage anhebbar oder absenkbar ist.
22. Einrichtung nach Anspruch 21,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtung eine Wegmeßvorrichtung (36) enthält, deren
Wegmeßgeber (37) an der hubbeweglichen unteren Werkzeughälfte
(3) einenends und ortsfest anderenends angebracht ist und die
mit dem Antrieb der unteren Werkzeughälfte (3) in der Weise ge
koppelt ist, daß die von der Kennfeldsteuerung ausgegebenen Po
sitionswerte ein Maß für die Größe und Richtung der Antriebs
kraft bilden.
23. Einrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die untere Werkzeughälfte (3) mittels in der Steuereinheit
gespeicherter, vorprogrammierter Antriebswerte bewegungsgesteu
ert ist.
24. Einrichtung nach Anspruch 23,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Drucksteuerung der Fluiddruckerzeugungsanlage eine
Kennfeldsteuerung mit in der elektronischen Steuereinheit ge
speicherten Position-Druck-Wertepaaren ist, bei der ein von ei
ner mit dem Antrieb der unteren Werkzeughälfte (3) gekoppelten
Wegmeßvorrichtung (36) in Abhängigkeit von dem momentanen An
triebswert ausgegebener, auf die momentane Stellung der Werk
zeughälfte (3) bezogener Positionswert einem Soll-Druckwert des
von der Fluiddruckerzeugungsanlage zu erzeugenden Fluiddruckes
zugemessen ist, dem die Druckerzeugungsanlage ihren vorherge
henden Ist-Druckwert angleicht.
25. Einrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die untere Werkzeughälfte (3) ortsfest angeordnet ist und
daß die obere, mit einem Pressenstößel (4) einer Umformpresse
fest verbundene hubbewegliche Werkzeughälfte (2) zur Umformung
des Rohlings (28) auf die untere Werkzeughälfte (3) verfahrbar
ist.
26. Einrichtung nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Stempel (22, 23) in Schließstellung des Umformwerkzeuges
(1) in Abhängigkeit vom Kalibrierdruck derart verschiebbar ge
steuert sind, daß sie entsprechend der aufweitbedingten Verkür
zung des Rohlinges (28) nachführbar sind.
27. Einrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die horizontale Trennebene (17) der beiden Werkzeughälften
(2, 3) von der horizontal und mittig durch die den Aufweitbe
reich bildenden radialen Ausnehmungen der Gravur (16) verlau
fenden Spiegelebene zur oberen Werkzeughälfte (2) hin versetzt
beabstandet ist.
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