DE19719628A1 - Verfahren und Einrichtung zur Herstellung von ausgebauchten Hohlprofilen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von ausge­ bauchten Hohlprofilen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspru­ ches 1 und eine Einrichtung nach dem Oberbegriff des Patentan­ spruches 14 zur Durchführung des Verfahrens.

Ein gattungsgemäßes Verfahren bzw. eine gattungsgemäße Einrich­ tung ist aus der EP 0 439 764 B1 bekannt. Hierbei wird die Un­ terart des Innenhochdruck-Umformens, das Aufweitstauchen be­ schrieben, bei dem ein lineares rohrförmiges Hohlprofil beider­ ends in jeweils eine rückseitig verschlossene hohlzylindrische Hohlprofilaufnahme eingesteckt wird. In jeder Hohlprofilaufnah­ me ist dazu ein zylindrischer Stempel mit geringem Spiel aufge­ nommen, der im Bereich seiner Stirnseite stufig verjüngt ist, wodurch der Stempel mit der Aufnahmewandung einen ringförmigen Spalt ausbildet. In diesen Spalt wird das Hohlprofil verklem­ mend eingesteckt. An den einander zugewandten Stirnflächen ist jeweils eine Matrize mit einer bauchigen zur anderen Matrize geöffneten Aussparung befestigt, wobei in der späteren Anlage der beiden Matrizen aneinander die Aussparungen die gesamte Gravur ausbilden. Die Trennebene des von den Matrizen gebilde­ ten Innenhochdruck-Umformwerkzeuges verläuft somit quer zur axialen Erstreckung des Hohlprofiles, wobei die Matrizen zen­ trale Durchführungen aufweisen, die von dem Hohlprofil durch­ ragt werden. In den Stempeln ist ein Fluidkanal ausgebildet, der nach außen hin an eine Fluidhochdruck-Erzeugungsanlage an­ geschlossen ist. Nach Befüllen des Hohlprofiles über den Fluid­ kanal wird das Fluid durch Anlegen eines Hochdruckes gespannt, wonach das Hohlprofil sich im Bereich der Aussparung aufweitet, bis es bei Anlage der Matrizen aneinander eine rotationssymme­ trische Ausbauchung ausbildet. Gleichzeitig werden die Hohlpro­ filaufnahmen mittels eines Antriebs aufeinanderzubewegt, wo­ durch das Hohlprofil gestaucht wird. Da das Hohlprofil bezüg­ lich seiner Enden in dem Stauchvorgang keine axiale Relativbe­ wegung zur Hohlprofilaufnahme und zur Matrize ausführt, ent­ steht keine Reibung zwischen Hohlprofilaufnahme bzw. Matrize und Hohlprofil, die unter Aufwendung einer besonders hohen Kraft und dadurch unter Gefahr einer ungewünschten Auffaltung der Hohlprofilwandung überwunden werden müßte. Weiterhin unter­ stützt die Stauchung das Aufweiten durch die zusätzliche von ihr aufgebrachte Umformung und durch das nachgeschobene Hohl­ profilmaterial, wodurch der aufzubringende Aufweitdruck redu­ ziert werden kann. Beim Aufweitstauchen werden zwar höhere Um­ formgrade ermöglicht als beim normalen Aufweiten, jedoch ver­ sagt das Material des Hohlprofils im Umformvorgang bei Vorgabe der in der Druckschrift (Fig. 9) gezeigten kleinen Aufweitradi­ en und von gleichzeitig hohen Umformgraden (<80% bezüglich der ursprünglichen rohrförmigen Ausgangsform), wonach das Hohlprofil birst.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein gattungsgemäßes Verfahren bzw. eine gattungsgemäße Einrichtung dahingehend wei­ terzubilden, daß in einfacher Weise ein Hohlprofil mit einer Ausbauchung hohen Umformgrades prozeßsicher hergestellt werden kann.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patent­ anspruches 1 hinsichtlich des Verfahrens und durch die Merkmale des Patentanspruches 14 hinsichtlich der Einrichtung gelöst.

Dank der Erfindung wird durch die vorhergehende Abplattung des Hohlprofiles im Ausbauchbereich zum einen das Hohlprofil in ei­ ne Aufweitrichtung von vorneherein gestreckt und zum anderen im Anschlußbereich zur Abplattung in Umfangsrichtung verlaufend mit einer Wölbung versehen, wodurch dort der Anfangsradius der späteren Ausbauchung der Endform angenähert vorgebogen wird.

Des weiteren wird durch die Abplattung Material zum Restumfang hinverschoben, so daß beim anschließenden Aufweitstauchen genü­ gend Hohlprofilmaterial zur Verfügung steht, um eine Ausdünnung der Hohlprofilwandung weitgehend zu verhindern, was wesentlich zur schadensfreien, d. h. prozeßsicheren Innenhochdruck-Umfor­ mung beiträgt. Da durch die abplattende Vorverformung das Hohl­ profil in den Ausbauchbereich hinein verformt wird, kann trotz gleichbleibend hohem Umformgrad von der Ausgangsform zur ausge­ bauchten Endform aufgrund der erreichten abgeplatteten Zwi­ schenform, von der aus zur Erreichung der Endform durch die In­ nenhochdruck-Umformung ein erheblich geringerer Umformgrad er­ forderlich ist, in einfacher Weise eine voluminöse Ausbauchung am Hohlprofil schadensfrei ausgebildet, bzw. ein ausgebauchtes Hohlprofil, das zu seiner Fertigung große Umformgrade erfor­ dert, hergestellt werden, ohne daß durch Bersten des Hohlpro­ files infolge des Versagens des Hohlprofilmaterials während des Innenhochdruck-Umformvorganges Teileausschuß produziert wird. Die Beibehaltung der Abplattung während des gesamten Umformpro­ zesses sichert das Vorhalten des Hohlprofilmaterials für den Innenhochdruck-Umformprozeß, wobei die Endform an - entspre­ chend der Anzahl der Abplattungsstellen - zumindest einer Um­ fangsstelle im Ausbauchbereich abgeplattet bleibt. Das erfin­ dungsgemäße Verfahren ist daher für die Herstellung von umfäng­ lich voll verrundeten Teilen ungeeignet. Andererseits ist das Verfahren wiederum sehr vorteilhaft zur Herstellung von Bautei­ len, an denen an dieser Stelle eine Abplattung für die spätere Weiterverarbeitung oder Weiterverwendung erwünscht oder gar ge­ radezu notwendig ist, wobei durch die Konturtreuheit bei der Umformung mittels Innenhochdruck hochpräzise, d. h. toleranzfrei ausgebauchte Hohlprofile prozeßsicher herstellbar sind.

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. 1a das erfindungsgemäß umgeformte Hohlprofil in einer Sei­ tenansicht,

Fig. 1b das Hohlprofil aus Fig. 1a in einer axial zum Hohlpro­ fil gerichteten Sichtweise,

Fig. 2 die Vorrichtung zum Innenhochdruck-Umformen der erfin­ dungsgemäßen Einrichtung zur Herstellung eines ausgebauchten Hohlprofiles in einer seitlichen Längsschnittdarstellung in der Arbeitsstellung mit in das Werkzeugteil der Vorrichtung einge­ legtem abgeplattetem Hohlprofil,

Fig. 3 die Vorrichtung aus Fig. 2 in einer seitlichen Längs­ schnittdarstellung in der Folgearbeitsstellung mit eingezogenen Hohlprofilenden und Abdichtung des Hohlprofiles,

Fig. 4 die Vorrichtung aus Fig. 3 in einer seitlichen Längs­ schnittdarstellung in einer Folgearbeitsstellung während des erfindungsgemäßen Aufweitstauchens des Hohlprofiles.

In Fig. 1a und 1b ist ein mittels Innenhochdruck umgeformtes längliches (Länge: 1-2 m) Hohlprofil 1 dargestellt, das sich in drei Abschnitte 2, 3, 4 gliedert. Die Abschnitte 2 und 3 sind rohrförmig ausgebildet, wobei der jeweilige Abschnitt 3 sich an den das Hohlprofilende bildenden Abschnitt 2 unmittelbar und konzentrisch aufgeweitet anschließt. Der Übergang zum Abschnitt 3 verläuft dabei flach konisch. Der sich auf der vom Hohlprofi­ lende abgewandten Seite des Abschnittes 3 unmittelbar anschlie­ ßende den mittleren Bereich des Hohlprofiles 1 bildende Ab­ schnitt 4 ist hier lotrecht zur Längserstreckung ausgebaucht und ist, wie aus Fig. 1b zu ersehen ist, quer zur Ausbauchrich­ tung beiderseits abgeplattet.

Das Hohlprofil 1 kann beispielsweise ein Achsgehäuse eines Kraftfahrzeuges, insbesondere eine Nutzfahrzeuges sein, in des­ sen Ausbauchbereich 8, also in dem Abschnitt 4 des Hohlprofiles 1 das Differentialgetriebe angeordnet werden kann. An der Stel­ le der Abplattungen weist das Hohlprofil durch einen Trennvor­ gang eine Öffnung auf, die einerseits nach Einbau des Differen­ tials durch Anschraubung eines bauchigen Deckels 5 verschlossen wird. Auf der anderen gegenüberliegenden abgeplatteten Seite 6 ist ein die Öffnung umgebender Gewindering 7 angeschweißt, an dem das Differential befestigt wird. Denkbar ist - alternativ zum Vorhergegangenen - die Abplattung nur einseitig vorzusehen, so daß es bei der Innenhochdruck-Umformung auch zu einer Aus­ bauchung in von der Abplattung weg weisender, der Flächennorma­ len der abgeplatteten Seite des Hohlprofiles 1 folgender Rich­ tung kommt. Diese Ausbauchung bildet dabei quasi einen in das Hohlprofil 1 integrierten Deckel 5, wodurch dieser als separat zu fertigendes und zu montierendes Zusatzbauteil unter Erleich­ terung des Fertigungs- und Montageaufwandes für das Achsgehäuse entfallen könnte.

Die Fig. 2-4 zeigen die einzelnen Arbeitsstationen zur Herstel­ lung des in Fig. 1 beschriebenen Hohlprofiles 1. Gemäß Fig. 2 wird ein im auszubauchenden Bereich an zwei gegenüberliegenden Umfangsbereichen abgeplattetes Hohlprofiles 1 mit länglicher, schlanker, linearer rohrförmiger Ausgangsform in ein Werkzeug­ teil 9 eines Innenhochdruck-Umformwerkzeuges 10 eingelegt, wo­ bei die Hohlprofilachse 14 in der Trennebene des Werkzeugteils 9 verläuft.

Die Abplattung wird mit einer Abplattvorrichtung in einer vom Umformwerkzeug 10 separat angeordneten Arbeitsstation herge­ stellt. Es ist jedoch denkbar, daß die Abplattung erst beim Schließen des zweigeteilten in zwei den Ausbauchbereich 8 umge­ benden Matrizen 11, 12 geteilten Werkzeugteiles 9 durch eine ent­ sprechende Gestaltung der Matrizengravur 13 erzeugt wird. Dies hat zum Vorteil, daß anstatt zweier Fertigungsvorrichtungen, der Abplattungsvorrichtung und des Werkzeugteiles 9, nur ein einziges Herstellungswerkzeug erforderlich ist, da die Abplat­ tungsvorrichtung im Werkzeugteil 9 integriert ist. Dies erspart zum einen Investitionskosten, zum anderen ist das Hohlprofil 1 mit der erzeugten Abplattung exakt für das spätere Innenhoch­ druckumformen im Werkzeugteil 9 lagedefiniert angeordnet.

Die obere Matrize 12 wird durch einen hydraulischen Antrieb zur Anlage an die untere Matrize 11 hinverfahren, wonach die Schließstellung des Werkzeugteiles 9 erreicht ist. Die Matri­ zengravur 13, die die Umformgravur des Werkzeugteiles 9 des In­ nenhochdruck-Umformwerkzeuges 10 für den Ausbauchbereich 8 bil­ det, ist entsprechend der herzustellenden Ausbauchung formnega­ tiv ausgebildet und weist entsprechend der jeweiligen Abplat­ tung einen ebenen Bereich auf, an dem diese in Schließstellung des Werkzeugteils 9 anliegt. Dieser ebene Bereich kann auch gleichzeitig die Abplattvorrichtung bilden. Der ebene Bereich liegt während des gesamten Umformprozesses unverrückbar an der Abplattung an, so daß diese beibehalten wird. Die Gravur 13 des Werkzeugteils 9 ist von dessen Rand ausgehend bis zum Scheitel­ punkt des Ausbauchbereiches 8 hin flach ansteigend eingewölbt, so daß bei dem Ausbauchvorgang nur große Radien im Werkzeugteil 9 vorliegen, an denen sich das Hohlprofil 1 anlegt. Aufgrund der großen Radien wird die Reibung des Hohlprofils 1 während des Ausbauchens gering gehalten und es entsteht keine Abstreck­ kante. Dies trägt vorteilhaft dazu bei, daß ein ausbauchendes Umformen des Hohlprofiles 1 mit höheren Umformgraden möglich ist, ohne daß diese im Umformprozeß Schaden nimmt.

Die Matrizen 11, 12 besitzen zwei vom Rand ausgehende gegenüber­ liegende, zur Gravur 13 hinführende, in der Trennebene des Werkzeugteils 9 gelegene halbzylindrische Aussparungen; die ge­ meinsam in Schließstellung des Werkzeugteils 9 zwei in dessen Trennebene gegenüberliegend und randseitig angeordnete Durch­ führungen 15 bilden, in denen das in das Werkzeugteil 9 einge­ legte Hohlprofil 1 umfänglich umschlossen gehalten ist. Gleich­ zeitig durchragt das Hohlprofil 1 die Durchführungen 15 beider­ ends. Um beim Aufweitstauchen an den Durchführungen 15 mög­ lichst wenig Reibung zu erzeugen, sind die Matrizen 11, 12 des Werkzeugteils 9 derart ausgebildet, daß sie lediglich mit einem schmalen Randstreifen 16 in Schließstellung aneinander anlie­ gen.

Die Matrizen 11, 12 weisen des weiteren eine radial zum Hohlpro­ fil 1 gerichtete, in die Gravur 13 mündende zentrale Führungs­ bohrung 17 auf, in der ein Stützstempel 18 relativ zur Lage der Matrize 11, 12 verschiebbar geführt ist. Der Stützstempel 18 trägt an seiner dem eingelegten Hohlprofil 1 zugewandten Stirn­ seite 19 die für den zentralen Abschnitt der Umformgravur 13 der jeweiligen Matrize 11, 12 entsprechende Kontur und liegt in der Schließstellung des Werkzeugteils 9 an dem Hohlprofil 1 an. Dabei dient der Stützstempel 18 als Gegenhalter für das sich ausbauchende Hohlprofil 1, wobei er mit einem Hydraulikantrieb 20 versehen ist, der mit einer Steuerung für den Innenhochdruck und die Bewegung der unten erwähnten Hohlprofilaufnahmen korre­ liert ist. Mittels dieses während des Aufweitstauchens durch den Antrieb 20 radial nach außen ausweichend verschiebbaren Stützstempels 18 ist die Ausbauchbewegung des Hohlprofils 1 kontrollierbar, so daß der Mittelteil der Ausbauchung gleichmä­ ßig mit deren Randteil umgeformt wird und somit eine sukzessive Anlage an der Gravur 13 vom Rand der Matrize 11, 12 aus erfolgt, wodurch Risse am Hohlprofil 1 durch vorzeitige Materialausdün­ nung im Mittelteil verhindert werden.

Es ist jedoch auch denkbar, auf derartige Stützstempel 18 zu verzichten und keine Abstützung des Hohlprofiles 1 im auszubau­ chenden Bereich vorzusehen. Dabei wird die Fertigung der Gravur 13 vereinfacht, die nun ohne Unterbrechung durchgängig ver­ läuft. Des weiteren fällt der Antrieb 20 und die damit verbun­ dene Steuerung der Stützstempel 18 weg, was den apparativen Aufwand erheblich schmälert. Die Anordnung dieser starr ausge­ bildeten Gravur 13 ist beispielsweise bei relativ flachen Aus­ bauchungen verwendbar.

In der Schließstellung des Werkzeugteils 9 wird jeweils eine bezüglich des Werkzeugteils 9 gesondert angeordnete Hohlprofi­ laufnahme 21, 22, die mit den Hohlprofilenden fluchten, von Hy­ draulikzylindern 23 angetrieben an die Hohlprofilenden herange­ fahren. Die beiden Hohlprofilaufnahmen 21, 22 sind hohlzylin­ drisch ausgebildet, wobei jede der beiden Hohlprofilaufnahmen 21, 22 sich aus einem Führungsgehäuse 25 und einer Hülse 26 zu­ sammensetzt. Das Führungsgehäuse 25 ist mit dem Hydraulikzylin­ der 23 verbunden und besitzt eine zentrale Durchführung 27 so­ wie einen die Durchführung 27 umgebenden Ringraum 28.

Die Hülse 26 ist im Ringraum 28 zwischen zwei Anschläge bilden­ den gegenüberliegenden Stirnseiten 29, 30 des Ringraumes 28 axial verschiebbar geführt. Das dem Werkzeugteil 9 abgewandte Ende 31 der Hülse 26 ist druckbelastet, wobei sich an diesem Ende 31 und an der gegenüberliegenden Stirnseite 29 des Rin­ graumes 28 eine Druckfeder 32 abstützt. Dieses Ende 31 weist einen Ringbund 40 auf, der in der Arbeitsstellung der Fig. 2 mit der der Druckfeder 32 abgewandten Seite an der Stirnseite 30 des Ringraumes 28 anliegt. Das andere Ende 33 der Hülse 26 durchragt das Führungsgehäuse 24 zum Werkzeugteil 9 hin. Die rückseitige Druckbelastung der Hülse 26 kann auch hydraulisch oder pneumatisch erfolgen.

Die Durchführung 27 des Führungsgehäuses 25 ist bezüglich der rohrförmigen Ausgangsform des Hohlprofiles 1 konturgleich aus­ gebildet, weist jedoch einen kleineren Querschnitt bzw. einen kleineren Durchmesser auf. Am werkzeugteilzugewandten Ende 34 weist die Durchführung 27 einen Zentrierkonus 35 auf, an den sich unmittelbar eine in der Hülse 26 ausgebildete Durchführung 36 übergangslos anschließt. Die bezüglich der Ausgangsform des Hohlprofiles 1 ebenfalls konturgleiche Durchführung 36 weist einen um ein geringes Spiel größeren Querschnitt bzw. Durchmes­ ser auf als die rohrförmige Ausgangsform des Hohlprofiles 1.

Die Hohlprofilaufnahme 21, 22 kann anstatt einem zweiteiligen aus einem Führungsgehäuse 25 und einer in diesem verschiebbaren Hülse 26 bestehenden Bauteil einstückig ausgebildet sein, wobei die Druckfeder 32 und der Ringraum 28 entfallen. Die starre Hohlprofilaufnahme 21, 22 weist vergleichsweise baulich verein­ facht nur zwei Bauteilabschnitte mit Durchführungen unter­ schiedlichen Durchmessers auf, die sich aneinander über einen konisch zum Werkzeugteil 9 hin öffnenden Übergang anschließen, Die Durchmesser sind relativ zu dem der Ausgangsform des Hohl­ profiles 1 - wie oben erwähnt - entsprechend bemessen.

Die Durchführung 27 des Führungsgehäuses 25 der Hohlprofilauf­ nahmen 21, 22 ist rückseitig von einem Nachschiebestempel 37 verschlossen, der in ihr mittels eines separaten Antriebs fluiddicht verschiebbar geführt ist. Der Nachschiebestempel 37 weist stirnseitig einen konisch sich verjüngenden Zapfen 38 auf, zwischen dessen Anschrägung und der Durchführungswandung 39 des Führungsgehäuses 25 das in die Hohlprofilaufnahme 21,22 einzuschiebende Hohlprofil 1 dichtend einklemmbar ist. Inner­ halb des Nachschiebestempels 37 verläuft ein Fluidkanal, der einerseits über den Hochdruckfluidanschluß mit einer Fluidhoch­ druckerzeugungsanlage verbunden ist und andererseits durch den Zapfen 38 axial hindurch in die Hohlprofilaufnahme 21, 22 mün­ det, wonach das eingeschobene Hohlprofil 1 mit dem Druckfluid befüllbar und mit Hochdruck beaufschlagbar ist.

Falls ein Nachschieben von Hohlprofilmaterial während des In­ nenhochdruckumformens nicht erforderlich ist, kann der Zapfen 38 auch an einem an der Hohlprofilaufnahme 21, 22 rückseitig an­ geordneten Boden angeformt sein, der die Durchführung 27 ver­ schließt und der einen Fluidhochdruckanschluß aufweist. Die Durchführung 27 wird hierbei von einer Sackbohrung ersetzt. Der Nachschiebestempel 37 und seine Ansteuerung können dadurch un­ ter Verringerung des apparativen Aufwandes entfallen.

Die Hohlprofilaufnahmen 21, 22 werden nun gemäß Fig. 3 durch die Hydraulikzylinder 23 in Pfeilrichtung weiter aufeinander zu ver­ fahren, wobei die Hohlprofilenden aufgrund des etwas größeren Durchmessers der Durchführung 36 der Hülse 26 in diese einge­ schoben werden. Bei weiterem Verfahren der Aufnahmen 21, 22 wer­ den die Hohlprofilenden über den Zentrierkonus 35 der Durchfüh­ rung 27 in diese eingeführt, wobei infolge der Einwirkung der hinsichtlich der Hohlprofilenden mit kleinerem Durchmessers be­ hafteten Durchführung 27 und der Schubkraft der Zylinder 23 die Enden eingezogen werden. Gleichzeitig wird der Nachschiebestem­ pel 37 in Richtung des Werkzeugteils 9 verschoben, wobei er in das Hohlprofilende eingesteckt wird und so dessen Form im we­ sentlichen aufrechterhält. Darüber hinaus wird dabei ein Kraft­ schluß zwischen dem Zapfen 38 des Nachschiebestempels 37 und dem Hohlprofil 1 einerseits und zwischen diesem und der Durch­ führungswandung 39 des Führungsgehäuses 25 der Aufnahmen 21, 22 erreicht, durch den das Hohlprofil 1 zum einen gehalten ist und zum anderen eine fluiddichte Abdichtung erhält.

Das Hohlprofilende ist von der Hohlprofilaufnahme 21, 22 gänz­ lich umschlossen. Durch den Einzug des Hohlprofilendes wird dessen Durchmesser auf bis zu 30% des Durchmessers der Aus­ gangsform verkleinert, wodurch das Hohlprofil 1 nach der ab­ schließenden Innenhochdruckumformung die drei Abschnitte 2, 3, 4 unterschiedlich großen Querschnittes erhält. Ausgehend von dem Hohlprofilende als Abschnitt 2 kleinsten Durchmessers ist der Umformgrad bezüglich des mit der Ausbauchung versehenen Ab­ schnittes 4 sehr groß, jedoch ist der Umformgrad ausgehend vom Abschnitt 3, der einen größeren Durchmesser besitzt, und von dem aus die eigentliche Aufweitung ausgeht, geringer. Somit kann das Hohlprofil 1 im Innenhochdruck-Umformwerkzeug 10 ins­ gesamt mit sehr hohen Umformgraden umgeformt werden. Für die praktische Handhabung wird ein Hohlprofil 1 mit größerem Durch­ messer als Ausgangsform gewählt als dieser für den fertigungs- und/oder montagetechnischen Anschluß der Hohlprofilenden an weitere Bauteile geeignet ist. Den geeigneten Durchmesser be­ sitzt dann das Hohlprofil 1 an seinen Enden durch den Einzug im Innenhochdruck-Umformwerkzeug 10.

Während des Einschiebens des Hohlprofiles 1 in die Aufnahme 21, 22, das erst nach Anlage des Endes 33 der Hülse 26 an der diesem zugewandten Stirnseite 41 des Werkzeugteils 9 beendet ist, wird, um unerwünschte, unkontrollierte beim Einschieben schubinduzierte Auffaltungen zu vermeiden, das Hohlprofil 1 vom Stützstempel 18 im auszubauchenden Bereich abgestützt.

Nach dem Einschieben der Hohlprofilenden in die Hohlprofilauf­ nahmen 21, 22 wird das Hohlprofil 1 über den im Nachschiebestem­ pel 37 verlaufenden Fluidkanal mit einem Druckfluid befüllt und mit Innenhochdruck von etwa 200-600 bar beaufschlägt. Gleich­ zeitig wird das Führungsgehäuse 25 der Hohlprofilaufnahme 21, 22 mittels des Hydraulikzylinders 23 entgegen der Druckkraft der sich an der Hülse 26 abstützenden Druckfeder 32 weiter zum Werkzeugteil 9 hin, welche dabei zusammengedrückt wird, ver­ schoben (Fig. 4). Durch die kraftschlüssige Umgreifung des Hohlprofiles 1 an dessen Enden durch das Führungsgehäuse 25, die durch die umfängliche Anpressung mittels des Innenhochdruc­ kes noch begünstigt wird, wird das Hohlprofil 1 in einem mit­ tels des Hydraulikzylinders 23 betriebenen Stauchvorgang zusam­ mengeschoben, ohne daß es zu reibungserzeugenden Relativbewe­ gungen zwischen der Hohlprofilaufnahme 21 bzw. 22 und dem Hohl­ profil 1 kommt. Um die wirkungsvolle Abdichtung des Hohlpro­ files 1 trotz des Verschiebens seiner Enden weiter zu gewähr­ leisten, wird der Nachschiebestempel 37 entsprechend dem Vor­ schub des Führungsgehäuses 25 nachgeführt.

Aufgrund der Stauchbewegung und der gleichzeitigen Beaufschla­ gung mit Innenhochdruck wird das Hohlprofil 1 im Werkzeugteil 9 ausgebaucht, wobei sich das Hohlprofil 1 an die Gravur 13 der Matrizen 11, 12 zumindest annäherungsweise anlegt. Mit der Stauchbewegung werden die Stützstempel 18 gemäß der Pfeilrich­ tung radial nach außen ausweichend zurückgefahren, wobei sie zur kontrollierten Umformung im Ausbauchbereich 8 während dem gesamten Ausbauchvorganges am Hohlprofil 1 anliegen und in der Endstellung des Fertigungsablaufes bündig in den Gravurverlauf mit ihrer Stirnseite 19 eingepaßt sind. Während des Aufweit­ stauchens des Hohlprofiles 1 im Ausbauchbereich 8 werden auch gleichzeitig die Abschnitte 2 und 3 in geringem Maße aufgewei­ tet, die sich an die Durchführungswandungen 39 und 42 des Füh­ rungsgehäuses 25 und der Hülse 26 anschmiegen. Hierbei werden beim Einziehen am Abschnitt 2 des Hohlprofiles 1 entstandene Formveränderungen, in der Kontur gemäß der gewünschten Form ega­ lisiert. Der Abschnitt 3 bleibt hinsichtlich seines Durchmes­ sers im wesentlichen unverändert.

Um zusätzlich Hohlprofilmaterial zum Ausbauchbereich 8 hin zu liefern kann während des Aufweitstauchens der das Hohlprofilen­ de auch stirnseitig beaufschlagende Nachschiebestempel 37 in einer Relativbewegung zur Hohlprofilaufnahme 21, 22 weiter zum Werkzeugteil 9 hin verschoben werden. Es ist alternativ auch denkbar, nach dem, Aufweitstauchen und bei bestehendem Innen­ hochdruck Hohlprofilmaterial der Hohlprofilenden mittels der Nachschiebestempel 37 zum Ausbauchbereich 8 hin zu verschieben.

Zum Abschluß des Umformvorganges, bei dem das Hohlprofil 1 durch das Aufweitstauchen zu einer der Endform hinsichtlich Kontur und Querschnittsgröße grob angenäherten Zwischenform um­ geformt wird, kann dann unter Steigerung des Innenhochdruckes auf 1000-3000 bar die Zwischenform zur Endform aufweitend kali­ briert werden.

Nach Beendigung des Umformprozesses werden der Fluiddruck ent­ spannt und mittels der Hydraulikzylinder 23 die Hohlprofilauf­ nahmen 21, 22 zurückgefahren, wobei sich die Druckfeder 32 wie­ der entspannen kann. Da das Hohlprofil 1 an seiner Ausbauchung von den Matrizen 11, 12 festgehalten wird, wird beim Zurückfah­ ren der Aufnahmen 21, 22 die Hohlprofilenden aus dem durch das Einziehen und das Innenhochdruck-Umformen erzeugten Preßsitz an der Durchführungswandung 39 und 42 in einfacher Weise herausge­ löst. Schließlich werden die Matrizen 11, 12 aus dem Ausbauchbe­ reich 8 heraus zurückgefahren, wodurch sich das Werkzeugteil 9 öffnet und das fertigumgeformte Hohlprofil 1 entnommen werden kann.

Im übrigen ist am Hohlprofil 1 eine einseitige Abplattung denk­ bar, wonach das Aufweitstauchen erfolgt. Dabei wird das Hohl­ profil 1 an seinem aufzuweitenden Restumfang vom Innenhoch­ druck-Umformwerkzeug 10 während des Aufweitstauchens gesteuert nach außen ausweichend durch die Stützstempel 18, die hierzu mit einer schalenförmigen Stirnseite 19 ausgebildet sein müs­ sen, abgestützt.

Claims (29)

1. Verfahren zur Herstellung von ausgebauchten Hohlprofilen, wobei das Hohlprofil mittels Innenhochdruckumformen unter Be­ nutzung des Aufweitstauchens von einer längeren, schlanken, li­ nearen rohrförmigen Ausgangsform in eine kürzere ausgebauchte Endform gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlprofil (1) vor der Innenhochdruck-Umformung im Be­ reich (8) der auszubildenden Ausbauchung abgeplattet wird und daß danach unter Beibehaltung der Abplattung die Innenhoch­ druck-Umformung des Restumfangs des Hohlprofiles (1) an dieser Stelle erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlprofil (1) vor dem Einbringen in ein Innenhoch­ druck-Umformwerkzeug (10) abgeplattet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlprofil (1) beim Schließen eines den Ausbauchbereich (8) umgebenden Werkzeugteiles (9) eines Innenhochdruck-Umform­ werkzeuges (10) abgeplattet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausbauchung des Hohlprofiles (1) frei in eine Umform­ gravur (13) eines Innenhochdruck-Umformwerkzeuges (10) hinein erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlprofil (1) an seinem aufzuweitenden Restumfang vom Innenhochdruck-Umformwerkzeug (10) während des Umformvorganges gesteuert nach außen ausweichend abgestützt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abplattung an zwei gegenüberliegenden Umfangsbereichen des Hohlprofiles (1) erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlprofil (1) im Ausbauchbereich (8) während des Auf­ weitstauchens durch Einwirkung einer den Ausbauchbereich (8) des Hohlprofiles (1) umgebenden Gravurform eines Innenhoch­ druck-Umformwerkzeuges (10) durchgängig mit großen Radien aus­ geformt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden des Hohlprofiles (1) durch Einschieben in eine jeweilige die Hohlprofilenden aufnehmende und die Aufweitstau­ chung ausführende Hohlprofilaufnahme (21, 22) eingezogen werden, derart, daß zwischen dem Ausbauchbereich und dem eingezogenen Endabschnitt (2) ein über den gesamten Umformprozeß hinweg sei­ ne Ausgangsform im wesentlichen beibehaltender und sich unmit­ telbar an den Endbereich und den Ausbauchbereich anschließender Hohlprofilabschnitt (3) verbleibt.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlprofil (1) in der Ausgangsform in ein geteiltes Werkzeugteil (9) des Innenhochdruck-Umformwerkzeuges (10) ein­ gelegt wird, daß nach dem Schließen des den Ausbauchbereich (8) umgebenden, die Umformgravur (13) aufweisenden Werkzeugteils (9) die aus diesem herausragenden Enden des Hohlprofiles durch Einschieben in die aufweitstauchenden Aufnahmen (21, 22) des Um­ formwerkzeuges (10) eingezogen werden und daß danach der Auf­ weitstauchvorgang erfolgt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlprofil (1) in einem zentralen Abschnitt des Werk­ zeugteils (9) durch eine nach außen verschiebbare Abstützung gesteuert ausgebaucht wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Aufweitstauchen und bei bestehendem Innenhochdruck in einer axialen Relativbewegung des Hohlprofils (1) zu einer ein Hohlprofilende aufnehmenden Hohlprofilaufnahme (21, 22) Hohlprofilmaterial aus dem Bereich der Hohlprofilenden zum Aus­ bauchbereich (8) hin nachgeschoben wird.

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während des Aufweitstauchens in einer axialen Relativbewe­ gung des Hohlprofils (1) zu einer ein Hohlprofilende aufnehmen­ den Hohlprofilaufnahme (21, 22) Hohlprofilmaterial aus dem Be­ reich der Hohlprofilenden zum Ausbauchbereich (8) hin nachge­ schoben wird.

13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlprofil (1) durch das Aufweitstauchen zu einer der Endform hinsichtlich Kontur und Querschnittsgröße grob angenä­ herten Zwischenform umgeformt wird und daß dann unter Steige­ rung des Innenhochdruckes die Zwischenform zur Endform aufwei­ tend kalibriert wird.

14. Einrichtung zur Herstellung von ausgebauchten Hohlprofilen, mit einem Innenhochdruck-Umformwerkzeug, das

• - zwei hohlzylindrische, jeweils rückseitig geschlossene Hohl­ profilaufnahmen, in die jeweils ein Ende des in seiner Aus­ gangsform linearen rohrförmigen Hohlprofiles in das Ende gänzlich umschließender Weise fluiddicht einschiebbar ist und von denen zumindest eine mit einem Hochdruckfluidanschluß verbunden ist,
• - einen Antrieb zumindest für eine der Aufnahmen, mittels des­ sen diese relativ zueinander verfahrbar sind,
• - und ein aus zwei Matrizen bestehendes die Umformgravur des Ausbauchbereiches aufweisendes Werkzeugteil beinhaltet, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
• - daß die Einrichtung eine Vorrichtung enthält, mittels derer das Hohlprofil (1) in seiner Ausgangsform im auszubauchenden Bereich abplattbar ist,
• - und daß das Werkzeugteil (9) bezüglich der Hohlprofilaufnah­ men (21,22) gesondert und zwischen diesen gelegen angeordnet ist und derart ausgebildet ist,
  daß die Hohlprofilachse (14) in der Trennebene des Werk­ zeugteils (9) verläuft,
  daß die beiden Matrizen (11, 12) den Ausbauchbereich (8) umgeben
  und daß die Umformgravur (13) des Werkzeugteils (9) ent­ sprechend der Abplattung einen ebenen Bereich aufweist, an dem diese in Schließstellung des Werkzeugteils (9) an­ liegt.

15. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Abplattvorrichtung in einer vom Innenhochdruck-Umform­ werkzeug (10) separaten Arbeitsstation angeordnet ist.

16. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Abplattvorrichtung in das Werkzeugteil (9) des Innen­ hochdruck-Umformwerkzeuges (10) integriert ist.

17. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Abplattvorrichtung von dem ebenen Bereich der Werkzeug­ gravur (13) gebildet ist.

18. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Umformgravur (13) des Werkzeugteils (9) im Ausbauchbe­ reich (8) flach ansteigend eingewölbt ist.

19. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrizen (11, 12) des Werkzeugteils (9) lediglich mit einem schmalen Randstreifen (16) in Schließstellung aneinander anliegen.

20. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeugteil (9) zwei in dessen Trennebene gegenüber­ liegend und randseitig angeordnete Durchführungen (15) auf­ weist, in denen das in das Werkzeugteil (9) eingelegte Hohlpro­ fil (1) in Schließstellung umfänglich umschlossen gehalten ist und die das Hohlprofil (1) beiderends durchragt.

21. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß in den Matrizen (11, 12) des Werkzeugteils (9) zumindest ei­ ne radial zum Hohlprofil (1) gerichtete in die Gravur (13) mün­ dende zentrale Führungsbohrung (17) ausgebildet ist, in der ein Stützstempel (18) relativ zur Lage der Matrize (21, 22) ver­ schiebbar geführt ist, der an seiner dem eingelegten Hohlprofil (1) zugewandten Stirnseite (19) die für den zentralen Abschnitt der Umformgravur (13) der Matrize (11, 12) entsprechende Kontur trägt.

22. Einrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützstempel (18) während des gesamten Aufweitstauch­ vorganges am Hohlprofil (1) anliegt.

23. Einrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützstempel (18) mit einem Antrieb versehen ist, der mit einer Steuerung für den Innenhochdruck und die Bewegung der Hohlprofilaufnahmen (21, 22) korreliert ist, wobei der als Ge­ genhalter für die Ausbauchung dienende Stützstempel (18) wäh­ rend des Aufweitstauchens radial nach außen ausweichend ver­ schiebbar ist.

24. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlprofilaufnahmen (21, 22) eine Durchführung (27, 36) aufweisen, in die das Hohlprofil (1) einschiebbar ist und in der von der Rückseite der Aufnahme (21, 22) aus ein mit einem Antrieb versehener Nachschiebestempel (37) fluiddicht ver­ schiebbar geführt ist.

25. Einrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Nachschiebestempel (37) stirnseitig einen konisch sich verjüngenden Zapfen (38) aufweist, zwischen dessen Anschrägung und der Durchführungswandung (39) das Hohlprofil (1) einklemm­ bar ist.

26. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlprofilaufnahmen (21, 22) zwei entsprechend der Aus­ gangsform des Hohlprofiles (1) konturgleiche Aufnahmeabschnitte aufweisen, wobei ein erster dem Werkzeugteil (9) zugewandter Abschnitt einen um ein geringes Spiel größeren Querschnitt auf­ weist als die Ausgangsform des Hohlprofiles (1) und wobei der zweite sich an den ersten rückseitig mit einem Zentrierkonus (35) unmittelbar anschließende Abschnitt einen kleineren Quer­ schnitt als die Ausgangsform besitzt.

27. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlprofilaufnahme (21, 22) ein mit dem Antrieb (23) der Aufnahme (21, 22) verbundenes und mit einer zentralen Durchfüh­ rung (27) versehenes Führungsgehäuse (25) und eine in diesem koaxial angeordnete zwischen zwei Anschlägen axial verschiebbar geführte Hülse (26) beinhaltet, welche das Führungsgehäuse (25) zum Werkzeugteil (9) hin einenends durchragt und anderenends im Führungsgehäuse (25) druckbelastet ist.

28. Einrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchführung (27) des Führungsgehäuses (25) bezüglich der Ausgangsform des Hohlprofiles (1) konturgleich ist, jedoch einen kleineren Querschnitt aufweist, und daß die Hülse (26) eine Durchführung (36) für das Hohlprofil (1) besitzt, die be­ züglich der Ausgangsform des Hohlprofiles (1) ebenfalls kon­ turgleich ist, jedoch einen um ein geringes größeren Quer­ schnitt aufweist.

29. Einrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß im Nachschiebestempel (37) ein Fluidkanal ausgebildet ist, der einerseits über den Hochdruckfluidanschluß mit einer Fluid­ hochdruckerzeugungsanlage verbunden ist und andererseits in die Hohlprofilaufnahme (21, 22) derart mündet, daß das eingeschobene Hohlprofil (1) mit dem Druckfluid befüllbar und mit Hochdruck beaufschlagbar ist.