DE19648091C2 - Verfahren und Einrichtung zur Herstellung von Hohlprofilen mit endseitigen Querschnittserweiterungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Hohl­ profilen mit endseitigen Querschnittserweiterungen und eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbe­ griff des Patentanspruches 6.

Eine gattungsgemäße Einrichtung ist aus der DE 44 44 759 A1 be­ kannt. Beim darin ebenfalls beschriebenen Verfahren zur Her­ stellung von Abgaseinlaßstutzen für Kraftfahrzeug-Katalysatoren wird ein rohrförmiger Rohling in die Gravur eines zweiteiligen Innenhochdruck-Umformwerkzeuges eingelegt, worauf das Umform­ werkzeug geschlossen wird. Die Gravur jedes Werkzeugteils weist eine ausladende, von der axialen Längserstreckung der Rohlings­ form abweichende keilförmige Ausnehmung auf, wobei die Ausneh­ mungen gleichförmig ausgebildet, jedoch spiegelverkehrt unter einem Drehwinkel von 180° um eine vertikale Achse versetzt zu­ einander angeordnet sind. Der Rohling und gleichzeitig die Gra­ vur werden in der Schließstellung des Umformwerkzeuges beidsei­ tig axial durch zwei mit einem Anschluß zur Einleitung von Hochdruckfluid versehene Stempel druckdicht verschlossen, wel­ che während der durch das eingeleitete unter Hochdruck stehende Fluid erfolgende Aufweitung des Rohlinges in die Ausnehmungen hinein Wandungsmaterial des Rohlinges zur Mitte hin nachschie­ ben. Der fertigumgeformte Rohling ist hierbei entsprechend der Gravurform im Aufweitungsbereich asymmetrisch ausgebildet. Nach Entnahme des umgeformten Rohlinges wird dieser von einer Trenn­ vorrichtung im Aufweitungsbereich mit einem planaren Schräg­ schnitt derart geteilt, daß zwei Hohlprofile identischer Form entstehen, deren in Trennlage einander zugekehrten Enden in der Weise bezüglich des restlichen hohlzylindrischen Verlaufes querschnittserweitert sind, daß sie eine schräg verlaufenden Trichterform aufweisen. Die Herstellung von Hohlprofilen mit derartig großen Umformgraden mittels des bekannten Verfahrens ist mit einer hohen Ausschußrate behaftet, da bei der Ausbil­ dung von kleinen Radien an den Aufweitungsrändern, in diesem Fall sogar einseitig von 90°, den dazu erforderlichen sehr ho­ hen Drücken von über 1000 bar und den hohen Umformgraden, d. h. dem Verhältnis von Einlegerohlingsdurchmesser zum größten Durchmesser des umgeformten Bauteils, von über 60% kann nicht genügend Wandungsmaterial trotz Nachschiebens über die Nach­ führstempel in den Aufweitbereich geliefert werden, so daß durch die in diesem Bereich entstehende Materialarmut die Wan­ dung des Rohlings teilweise so dünn wird, daß es zum Bersten des Rohlings kommen kann. Das geeignete Nachfließen des Wan­ dungsmaterials verhindert die hohe Reibung des von den Stempel nachgeschobenen Wandungsmaterials an der Gravur trotz Einbrin­ gen eines Schmierstoffes zwischen Gravur und Rohling.

Aus der US 5,097,689 ist eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren zum Aufweitstauchen eines rohrförmigen Rohlings bekannt, wobei die Vorrichtung ein Umformwerkzeug beinhaltet, dessen Trennebe­ ne quer zur Längserstreckung des Rohlings verläuft. Die Vor­ richtung beinhaltet des weiteren zwei gegenüberliegende Stem­ pel, an denen jeweils eines der beiden Werkzeughälften starr angeordnet ist. Während der obere Stempel sowie die obere Werk­ zeughälfte stationär angeordnet sind, sind der untere Stempel sowie die untere Werkzeughälfte verschiebbar geführt. Die Auf­ nahme für den Hohlprofilrohling wird von einem zylindrischen verjüngten Endabschnitt jedes Stempels und einem Werkzeughalter gebildet, an welchem die jeweilige Werkzeughälfte schraubbefe­ stigt ist und der eine axiale Bohrung aufweist, in welcher der Stempel mit nur geringem Spiel aufgenommen ist. Der Stempel ist jeweils mit dem Werkzeughalter durch eine Verschraubung fest verbunden. Der in das Umformwerkzeug eingebrachte Hohlprofil­ rohling stützt sich somit axial an einer umlaufenden Stufe beim Übergang des Stempels zu seinem verjüngten Endabschnitt ab und wird radial vom Außenumfang des verjüngten Abschnittes und der Bohrungswandung des Werkzeughalters eingeklemmt. Der Auf­ weitstauchvorgang erfolgt in mehreren Stufen, wobei, um den ge­ wünschten Umformgrad zu erhalten, in der Gravur eine von Stufe zu Stufe unterschiedliche Gußform eingesetzt ist, welche derart ausgebildet ist, daß die Umformung im Umformwerkzeug jeweils immer einen niedrigen Umformgrad aufweist. Nach Anlage des auf­ weitgestauchten Rohlings an der Gußform ist die erste Umformung zu Ende und der vorgeformte Rohling wird dem Werkzeug entnom­ men. Danach wird dieser für eine weitere Stufe der Innenhoch­ druckumformung geglüht. Der geglühte vorgeformte Rohling wird in eine zweite Gußform, die inzwischen für die erste Gußform ausgetauscht wurde, eingesetzt, wobei die Gußform eine weitere Aufweitstauchung des Hohlprofilrohlings niedrigen Umformgrades aufgrund ihrer Gestaltung und der dabei erzielten Bildung eines geeigneten Aufweitraumes zwischen ihr und dem Rohling erlaubt. Diese Verfahrensschritte werden solange graduell wiederholt, bis zuletzt die Gußform entnommen wird und der Rohling im ge­ schlossenen Umformwerkzeug allein durch Innenhochdruck soweit aufgeweitet wird, bis seine Außenkontur an der Gravur anliegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren und 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 6 hinsichtlich der Einrichtung gelöst.

Dank der Erfindung werden in einfacher Weise durch das gleich­ zeitige Aufweiten mittels eines Fluiddruckes und axiales, 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 unter Erhöhung deren Standzeit erheblich entlastet, da die für sehr hohe Drücke notwendigen Druckübersetzer nur bei der Kali­ brierung erforderlich sind. 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 Riß­ bildung oder gar eine Zerstörung des Rohlinges durch Aufplatzen auftritt. Da keine Relativbewegung beim Umformprozeß zwischen dem Rohling und der Gravur des Umformwerkzeuges stattfindet, ergibt sich auch keine Reibung, so daß auf die übliche Schmie­ rung verzichtet werden kann. Dies hat zur Folge, daß keine Pro­ bleme beim Wiederaufbereiten der Fluiddruckflüssigkeit durch filterverstopfende Schmierstoffe auftreten können. Erst in der letzten Phase des gesamten Herstellungsprozesses, der in ver­ fahrensökonomischer Weise in einem einzigen kontinuierlichen Vorgang abläuft, wird unter Zuschaltung von Druckübersetzern in der Druckerzeugungsanlage der Fluiddruck gegenüber dem beim Aufweitstauchen erzeugten Fluiddruck auf mindestens 1000 bar stark erhöht, so daß eine Kalibrierung des Hohlprofiles ein­ tritt. Dadurch wird die gewünschte Endform des Hohlprofiles er­ reicht, wobei die Kalibrierung einer Aufweitung der durch das Aufweitstauchen erbrachten Vorform um wenige Prozent ent­ spricht. Durch den separat von der Werkzeughälfte verschiebbar geführten Stempel gemeinsam mit der asymmetrischen Trennebene der Werkzeughälften wird eine prozeßsichere Entnahme des umge­ formten Hohlprofiles aus dem Werkzeug ohne Eindrückungen und ggf. Rissen des Hohlprofiles erreicht, wobei der Stempel nach fertiger Umformung jedoch bei gelüftetem Oberwerkzeug - das problemlose Lüften wird durch die Asymmetrie der Trennebene des Umformwerkzeug erreicht - durch einfaches schonendes Nachschie­ ben das untere Ende des Hohlprofiles aus der Klemmlage befreit. Die beim Umformprozeß entstehenden bauchigen rotationssymmetri­ schen 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 herkömmlich 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 lassen 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 ortfesten 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 (20)

1. Verfahren zur Herstellung von Hohlprofilen (47) mit endsei­ tigen Querschnittserweiterungen, wobei ein hohler Rohling (28) durch Innenhochdruckumformen mittels eines diesen aufnehmenden aus zwei Hälften (2, 3) bestehenden Umformwerkzeuges (1) aufge­ weitet und kalibriert wird und nach der Kalibrierung im Bereich der Aufweitung unter Bildung zweier Hohlprofile mit in Trennla­ ge einander zugekehrten querschnittserweiterten Enden durch­ trennt wird, wobei der Rohling (28) in einem einzigen kontinuierlich ablau­ fenden Vorgang bei geöffnetem Umformwerkzeug (1) aufgeweitet und gleichzeitig durch eine von außen auf zumindest eines der beiden Rohlingsenden (32, 48) axial gerichtete Druckkraft zu ei­ nem rotationssymmetrischen bauchigen, der gewünschten Endform des Hohlprofiles (47) angenäherten Vorform gestaucht wird, wo­ bei die Ausbauchung spiegelsymmetrisch zur Mittelquerachse des Hohlprofiles (47) ausgebildet ist, und danach im Schließzustand des Umformwerkzeuges (1) die durch den Aufweitstauchvorgang er­ haltene vorläufige Form des umgeformten Rohlings (28) mittels eines gegenüber dem Innendruck beim Aufweitstauchen gesteiger­ ten Innendruckes in eine an der Gravur (16) des Umformwerkzeu­ ges (1) gänzlich angepreßte Endform des Hohlprofiles (47) kali­ briert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das nach dem Innenhochdruckumformen erzeugte Hohlprofil (47) nach dessen Entnahme aus dem Umformwerkzeug (1) im Bereich seiner Ausbauchung mittig in Querrichtung zur Längserstreckung des Hohlprofiles (47) getrennt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Kalibrieren axial Wandungsmaterial des Rohlings (28) zu dessen bauchigen Bereich hin nachgeschoben wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Rohling (28) durch den Umformvorgang ein konisch aufge­ weiteter Bauchbereich erzeugt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Trennung des Hohlprofiles (47) im Bauchbereich formgleiche Einzelhohlprofile als Anschlußstutzen für Katalysa­ torengehäuse hergestellt werden.

6. 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 druck-Umformwerkzeug, das eine von den einander zugekehrten Stirnseiten beider Werkzeughälften gebildete Gravur zum Ein­ bringen eines umzuformenden hohlen länglichen Rohlings 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 einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Trennebene (17) der Werkzeughälften (2, 3) quer zur Längserstreckung der rotationssymmetrisch ausgebildeten Gravur (16) verläuft und von der mittig durch die den Aufweitbereich bildenden radialen Ausnehmungen der aus zwei hohlen Gravurtei­ len (14, 15) bestehenden Gravur (16) verlaufenden Spiegelebene zur oberen Werkzeughälfte (2) hin derart versetzt beabstandet ist, daß sie den Übergang von einem von der Trennebene (17) ausgehenden hohlzylindrischen Abschnitt (18) des Gravurteils (15) zu einem sich an diesen anschließenden sich verjüngenden Abschnitt (19) bildet,
daß die Werkzeughälften (2, 3) eine Aufnahme aufweisen, in der in einer Öffnungsstellung des Umformwerkzeuges (1) jeweils ein Ende (32, 48) eines eingebrachten Rohlings (28) gänzlich um­ schlossen und druckdicht gehalten ist, wobei die Aufnahmen von linear verlaufenden hohlzylindrischen Fortsätzen (33) der Gra­ vur (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 Führungsbohrung (20) mit ei­ nem hinsichtlich der beweglichen Werkzeughälfte gesonderten An­ trieb verschiebbar geführt 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) in einer kontinuierlichen Bewegung einander annähern, bis die Anlage­ stellung der beiden Werkzeughälften (2, 3) erreicht ist, die die Schließstellung des Umformwerkzeuges (1) bildet, in der die Be­ wegungssteuerung von der Drucksteuerung abgekoppelt ist, wonach die Fluiddruckerzeugungsanlage zum Kalibriervorgang des auf­ weitgestauchten Hohlprofiles (47) einen gegenüber dem Fluid­ druck beim Aufweitstauchen erheblich höheren Fluiddruck er­ zeugt.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, 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.

8. Einrichtung nach Anspruch 6, 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.

9. Einrichtung nach Anspruch 6, 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.

10. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Form eines jeden Gravurteils (14, 15) entsprechend eines konischen Anschlußstutzens für einen Katalysator ausgebildet ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 6, 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 Rohlings (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.

12. Einrichtung nach Anspruch 11, 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 Rohlings (28) abgekoppelt ist.

13. Einrichtung nach Anspruch 11, 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.

14. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Umformwerkzeug (1) mehrere parallel zueinander angeord­ nete Gravuren (16) mit zugehörigen Aufnahmen für den jeweils einzubringenden Rohling (28) aufweist.

15. Einrichtung nach Anspruch 6, 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.

16. Einrichtung nach Anspruch 15, 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.

17. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Werkzeughälfte (3) mittels in der Steuereinheit gespeicherter, vorprogrammierter Antriebswerte bewegungsgesteu­ ert ist.

18. Einrichtung nach Anspruch 17, 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.

19. Einrichtung nach Anspruch 6, 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.

20. Einrichtung nach Anspruch 6, 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 Rohlings (28) nachführbar sind.