DE19733474C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Nebenformelementen an Hohlprofilen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Neben­ formelementen wie Aushalsungen, Ausbauchungen, erhabenen läng­ lichen Flachstellen und dergleichen an länglichen, umfänglich geschlossenen Hohlprofilen mittels Innenhochdruckumformen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Patentan­ spruches 5.

Ein gattungsgemäßes Verfahren und eine gattungsgemäße Vorrich­ tung sind aus dem DE 94 07 812.2 U1 bekannt. In diesem wird an einem rohrförmigen Hohlprofil ein Nebenformelement in der Form einer hohlzylindrischen Aushalsung erzeugt, indem das Hohlpro­ fil in ein zweigeteiltes Innenhochdruck-Umformwerkzeug einge­ legt und nach dessen Schließen mit einem von einer extern ange­ ordneten Fluidhochdruckerzeugungsanlage erzeugten Fluidhoch­ druck innenseitig beaufschlagt wird. Die entsprechend dem Ver­ lauf des Hohlprofilrohlings konturgerecht angepaßte Gravur des Umformwerkzeuges weist einen Abzweig auf, in den das Hohlpro­ filmaterial unter Einwirkung des Innenhochdruckes gemeinsam mit einer axialen hohlprofilmaterialnachführenden Stauchbewegung durch stirnseitiges Beaufschlagen des Hohlprofiles mittels zweier einander axial gegenüberliegender in der Gravur aufein­ anderzu verschobener Druckstempel unter Ausbildung einer Aus­ halsung hineinverdrängt wird. Um ein frühzeitiges Bersten des Hohlprofilmaterials im Ausformbereich der Aushalsung zu verhin­ dern, ist in dem Abzweig ein Gegenstempel verschiebbar geführt, der während des gesamten Ausformvorganges an dem Hohlprofil an­ liegt und mit einer entgegen der Kraft des expansiv wirkenden Innenhochdruckes gerichteten Kraft das Hohlprofil beaufschlagt, wobei der Gegenstempel gesteuert nach außen ausweicht, so daß die Aushalsung nicht schlagartig sondern kontrolliert abläuft. Gleichzeitig wird durch den Gegenstempel erreicht, daß sich das Hohlprofilmaterial im Kappenbereich der Aushalsung nicht über­ mäßig ausdünnt, so daß bis zu einer bestimmten Höhe der Aus­ halsung die Ausformung prozeßsicher ablaufen kann. Diese Höhe der Aushalsung ist abhängig von der Materialausdünnung des Hohlprofiles im Mündungsbereich des Abzweiges zur Gravur, da dort - auch bei großem Radius der dortigen Biegekante - eine Abstreckung auftritt, und von der Materialansammlung im erwähn­ ten Kappenbereich. Das beschriebene Verfahren betrifft für ei­ nen prozeßsicheren Ablauf der Herstellung ausschließlich kurze Hohlprofile, da bei langen Hohlprofilen im Bereich von etwa 1 m und länger die Reibungskräfte zwischen Gravurwandung und Hohl­ profil beim gezeigten axialen Nachschieben so groß werden, daß dieses ohne unerwünschte Faltenbildung des Profiles und/oder Scherrisse im Profil nicht mehr möglich ist. Bei langen Hohl­ profilen kann daher nur durch einen reinen Aufweitprozeß die Aushalsung hergestellt werden, wobei jedoch für diese nur das von vornherein im Aushalsbereich vorhandene Material zur Verfü­ gung steht und dieses somit dort nur aus der Wandstärke des Hohlprofiles heraus bezogen werden kann. Eine deutlich sichtba­ re längliche Aushalsung ist damit nicht erzielbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren und eine gattungsgemäße Vorrichtung dahingehend wei­ terzubilden, daß eine Erweiterung der Verfahrensgrenzen bei der Herstellung eines Nebenformelementes hinsichtlich einer Vergrö­ ßerung seiner Höhe prozeßsicher und in einfacher Weise erreicht werden kann.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patent­ anspruches 1 hinsichtlich des Verfahrens und durch die Merkmale des Patentanspruches 5 hinsichtlich der Vorrichtung gelöst.

Dank der Erfindung wird durch die innenhochdruckbedingte Anlage des Hohlprofils am Gegenstempel in Einstülplage des Gegenstem­ pels Hohlprofilmaterial in den Abzweigbereich vorgelegt, wobei die maximale Werkstoffbeanspruchung in der nachfolgend weniger beanspruchten Faser des Materials erfolgt. Dadurch wird zum ei­ nen bei der Ausformung des Nebenformelementes das Hohlprofil im Mündungsbereich des Abzweiges entlastet, da dort durch das in den Abzweigbereich vorgelegte Material nach der zuerst zu er­ folgenden Ausstülpung des Hohlprofiles durch Zurückziehen des Gegenstempels erst erheblich später der übliche Aufweitzug an der Hohlprofilwandung und damit die Materialausdünnung ein­ tritt. Gleichzeitig dünnt sich aufgrund der gesteigerten Mate­ rialansammlung im Abzweigbereich auch der Kappenbereich des Ne­ benformelementes wesentlich später aus, so daß insgesamt bei gleichem Ausdünnungszustand des Hohlprofilmaterials an den kri­ tischen Stellen des Nebenformelementes im Mündungsbereich des Abzweiges und im Kappenbereich im Vergleich mit herkömmlichen Verfahren zur Herstellung von Nebenformelementen höhere Höhen des Nebenformelementes bei dessen Ausformung erreichbar sind ohne daß Risse an diesen Stellen und damit ein Bersten des Hohlprofils im Abzweig auftreten. Dadurch werden die Verfah­ rensgrenzen bei der Herstellung eines Nebenformelementes hin­ sichtlich einer Vergrößerung seiner Höhe erweitert sowie die Prozeßsicherheit des Ausformvorganges gewährleistet. Damit kann auch die Ausschußrate bei der Herstellung von Hohlprofilen mit Nebenformelementen wesentlich verringert werden. Die Ausbildung der vergrößerten Höhe des Nebenformelementes wird dabei in ein­ facher Weise ermöglicht, da der durch ständige stützende Anlage am Hohlprofil zum kontrollierten Ausformen des Nebenformelemen­ tes ohnehin vorhandene Gegenstempel zum Einstülpen und damit zur Materialvorlage verwandt wird. Das Nebenformelement wird durch Aufweiten des Hohlprofiles mit einem in diesem erzeugten Fluidhochdruck ausgeformt, wobei während des Ausformvorganges der Gegenstempel mit zunehmender Ausformung nach außen auswei­ chend das Hohlprofil im Ausformbereich gesteuert abstützt.

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-d den erfindungsgemäßen Ausformprozeß eines Nebenfor­ melementes an einem Hohlprofil in einer Querschnittsdarstel­ lung,

Fig. 2 das erfindungsgemäß ausgeformte Hohlprofil in einer Sei­ tenansicht.

In Fig. 1a-d ist ein Hohlprofil 1 dargestellt, das in der Gra­ vur 2 eines Innenhochdruck-Umformwerkzeuges 3 der erfindungsge­ mäßen Vorrichtung eingebracht ist. Das Umformwerkzeug 3 ist in ein Oberwerkzeug 4 und ein Unterwerkzeug 5 geteilt, wobei die Trennebene 23 zwischen den beiden Werkzeugteilen 4 und 5 mit der horizontalen Mittenebene des Hohlprofiles 1 übereinstimmt. Im Oberwerkzeug 4 ist eine radial auf das eingebrachte Hohlpro­ fil 1 gerichtete Aussparung 6 ausgebildet, die in die Gravur 2 mündet und einen Abzweig der Gravur 2 darstellt. Der Quer­ schnitt des Abzweiges kann kreisförmig, oval, rechteckig oder polygonal, symmetrisch oder unsymmetrisch ausgebildet sein. Die Gravur 2 des Innenhochdruck-Umformwerkzeuges 3 ist im übrigen mit einer Fluidhochdruckerzeugungsanlage fluidisch verbindbar.

In der Aussparung 6 ist ein Anschlagkörper 7 starr, also unver­ rückbar angeordnet, wobei er in der Aussparung 6 eingepreßt sein kann oder dauerhaft rückseitig abgestützt ist. Der An­ schlagkörper 7 schmiegt sich an die Abzweigwandung 8 konturtreu umlaufend an und liegt mit seiner gravurzugewandten Stirnseite 9 vom Mündungsbereich 10 des Abzweiges zur Gravur 2 um einen bestimmten Abstand in die Aussparung 6 zurückversetzt, der die Höhe des später ausgeformten Nebenformelementes 11 bildet, wo­ bei der Anschlagkörper 7 die Aufweitbewegung des Hohlprofilma­ terials beim Umformen als Anschlag begrenzt. Der Anschlagkörper 7 kann auch einstückiger Bestandteil des Oberwerkzeuges 4 sein.

Der Anschlagkörper 7 weist eine zentrale Durchführung 12 auf, in der ein rückseitig mit einem mechanischen oder hydraulischen Antrieb versehener Gegenstempel 13 verschiebbar geführt ist. Der Gegenstempel 13 weist in etwa die gleiche Querschnittsform des Anschlagkörpers 7 auf und besitzt an seiner dem Hohlprofil 1 zugewandten Stirnseite 14 randseitig eine umlaufende Anschrä­ gung. Die Anschrägung ergibt in vorteilhafter Weise ein prozeß­ sicheres Anlegen des Hohlprofilmaterials am Gegenstempel 13, bei dem eine Einkerbung eines scharfen Kante des Stempels 13 in das Hohlprofilmaterial und damit eine Rißanfälligkeit beim Um­ formen mittels Innenhochdruck verhindert wird. Anstelle der An­ schrägung kann die Stirnseite 14 randseitig auch abgerundet ausgebildet sein. Eine weitere denkbare Möglichkeit ist, daß der Gegenstempel 13 im Querschnitt die Aussparung 6 der Länge nach ausfüllt.

Nach Fig. 1a wird im geschlossenen Umformwerkzeug 3 der Gegen­ stempel 13 aus dem Anschlagkörper 7 heraus auf das Hohlprofil 1, das mit geringem Spiel in der Gravur 2 angeordnet ist, ver­ fahren und stülpt dieses mit seiner Stirnseite 14 ein. Solange der Gegenstempel 13 aus dem Anschlagkörper 7 herausgefahren ist, bildet dieser mit der Abzweigwandung 8 durch seine Beab­ standung von ihr einen Ringspalt aus, dessen Breite bei geeig­ neter Dimensionierung - wie im Ausführungsbeispiel gegeben - aus ihm einen Ringraum 15 entstehen läßt.

Steht beim erfindungsgemäßen Verfahren das Hohlprofil 1 während des Einstülpvorganges oder, wie in Fig. 1b gezeigt ist, nach abgeschlossenem Einstülpvorgang unter Innenhochdruck, fließt das Hohlprofilmaterial nicht nur aus dem die Einstülpstelle 17 unmittelbar umgebenden Bereich 16 des Hohlprofiles 1 sondern auch aus dem an den Abzweig anschließenden Bereich 18 der Gra­ vur 2 zur Einstülpstelle 17 und legt sich an den Gegenstempel 13 umfänglich und stirnseitig an. Dadurch wird Hohlprofilmate­ rial zum Mündungsbereich 10 des Abzweiges hin verdichtet, wo­ durch Material des Hohlprofiles 1 für die Ausformung des Neben­ formelementes 11 vorgehalten und die Ausformhöhe damit prozeß­ sicher steigerbar wird.

Durch die Ausbildung eines relativ breiten im Querschnitt läng­ lichen Ringraumes 15 wird Hohlprofilmaterial gleichzeitig mit dem erwähnten Anlegen am in Einstülplage befindlichen Gegen­ stempel 13 an diesem vorbei auch aus dem Bereich 16 und 18 in den Ringraum 15 hineinverdrängt, so daß Hohlprofilmaterial schon vor der eigentlichen Ausformung des Nebenformelementes 11 im Ausformbereich 19 für die Ausformung vorhanden ist, was gleichbedeutend mit einem zusätzlichen Vorlegen von Hohlpro­ filmaterial und einer weiteren prozeßsicheren Steigerbarkeit der Ausformhöhe ist.

Durch den beim Einstülpen im Hohlprofil 1 verursachten Zug des Gegenstempels 13 wird der Fluß des Hohlprofilmaterials von der Biegekante 20 zwischen Abzweig und Gravur 2 weg zum Gegenstem­ pel 13 hin gerichtet, wonach das Auftreten einer Ausdünnung des Hohlprofilmaterials durch die beim Aufweiten verfahrensbedingte Abstreckung an der Biegekante 20 aufgrund der Entlastung des Kantenbereiches vermieden wird. Um weiterhin bei der Ausformung des Nebenformelementes 11 die Abstreckung zu reduzieren, ist die Biegekante 20 mit einem großen Radius ausgebildet, wodurch die Gravur 2 sanft in den Abzweig übergeht.

Es ist im übrigen auch denkbar, daß der Einstülpvorgang ohne Innenhochdruck erfolgt. Hierbei wird das Hohlprofil 1 über ei­ nen wesentlich weiteren Bereich hinweg von der Biegekante 20 aus gesehen eingebogen, da der der Einbiegung entgegenwirkende Innenhochdruck fehlt. Dadurch kann bei nachträglichem Aufbauen des Innenhochdruckes aus bezüglich des Ausformbereiches 19 viel tiefer liegenden Umfangsbereichen des Hohlprofiles 1 Material zum Abzweig hin gefördert werden, da sich das Hohlprofil 1 zum Ausformbereich 19 hin - neben dem üblichen Anlegen des Hohlpro­ files 1 an die Gravur 2 - streckt. Hierdurch ist somit ein Vor­ legen von weiterem Hohlprofilmaterial in Richtung des Ausform­ bereiches 19 und damit eine zusätzliche prozeßsichere Vergröße­ rung der Ausformhöhe des Nebenformelementes 11 möglich.

Nach dem Einstülpen des Hohlprofiles 1 und dem Anlegen des Hohlprofilmaterials seitlich an den Gegenstempel 13 unter In­ nenhochdruck wird bei Beibehaltung dieses Druckes der Gegen­ stempel 13 zurückgezogen (Fig. 1c). Dabei wird die eingestülpte Stelle 17 kontinuierlich durch den Innenhochdruck wieder ausge­ stülpt, wobei weiter Hohlprofilmaterial in den noch existieren­ den Ringraum 15 hineinverdrängt wird.

Nach dem Ausstülpvorgang, bei dem der Gegenstempel 13 ständig in Anlage am Hohlprofil 1 steht, wird aus dem Hohlprofil 1 das Nebenformelement 11 ausgeformt. Dies kann durch reines Aufwei­ ten erfolgen, was insbesondere bei langen Hohlprofilen, bei de­ nen aufgrund der Reibungsverhälnisse kein axiales Nachschieben mittels an beiden Stirnseiten des Hohlprofiles angreifenden Druckstempeln prozeßsicher möglich ist, verwandt werden kann. Ein Nachschieben während des Aufweitens bei relativ kurzen Hohlprofilen ist dagegen ohne weiteres möglich, wodurch auch von den Hohlprofilenden her Material in den Ausformbereich 19 nachgeliefert werden kann, was ebenfalls zur Steigerung der Ausformhöhe des Nebenformelementes 11 beiträgt. Der Gegenstem­ pel 13 fungiert als üblicher das Hohlprofil 1 während des Aus­ formvorganges im Ausformbereich abstützender Gegenhalter, so daß die Ausformung des Nebenformelementes 11 kontrolliert ab­ läuft.

In der Endphase des Ausformvorganges legt sich das Hohlprofil­ material am Anschlagkörper 7 und der Abzweigwandung 8 zumindest in grober Annäherung konturtreu an, wobei der Gegenstempel 13 in den Anschlagkörper 7 hineinversenkt wird, so daß deren beide Stirnseiten 14 und 9 miteinander bündig abschließen (Fig. 1d).

Weiterhin von Vorteil ist es, wenn die Stirnseite 14 des Gegen­ stempels 13, die Stirnseite 9 des Anschlagkörpers 7 und die Ab­ zweigwandung 8 die exakte Endform des Nebenformelementes 11 darstellen. Dann kann zum Abschluß des Ausformvorganges bei ge­ genüber dem Ausformvorgang gesteigertem Innenhochdruck eine Ka­ librierung des Nebenformelementes 11 erfolgen, das damit in seine Endform, die in Fig. 2 in der Form einer erhabenene läng­ lichen Flachstelle gezeigt ist, konturgerecht gebracht wird.

Die Nebenformelemente 11 können auch als Aushalsungen oder Aus­ bauchungen und dergleichen an länglichen, umfänglich geschlos­ senen Hohlprofilen 1 ausgebildet sein und können als Flansch- oder Montageflächen dienen. Hierbei können Blechteile und deren Anbringung an ein Hohlprofil eingespart werden, mit denen diese Funktion ebenfalls erreichbar ist.

Claims (8)

1. Verfahren zur Herstellung von Nebenformelementen wie Aus­ halsungen, Ausbauchungen, erhabenen länglichen Flachstellen und dergleichen an länglichen, umfänglich geschlossenen Hohlprofi­ len mittels Innenhochdruckumformen, wobei das Nebenformelement durch Aufweiten des Hohlprofiles mit einem in diesem erzeugten Fluidhochdruck lokal ausgeformt und während des Ausformvorgan­ ges von einem mit zunehmender Ausformung nach außen ausweichen­ den Gegenstempel gesteuert abgestützt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlprofil (1) an der Stelle des zu erzeugenden Neben­ formelementes von dem Gegenstempel (13) eingestülpt wird, wo­ nach das Hohlprofilmaterial im Bereich (16) der Einstülpstelle (17) durch Fluidhochdruck am Gegenstempel (13) umfänglich und stirn­ seitig angepreßt wird, und daß nach dem Einstülpvorgang durch Zurückziehen des während des gesamten Umformvorganges ständig am Hohlprofil (1) anliegenden Gegenstempels (13) in Zusammenwirkung mit dem Innenhochdruck das Hohlprofil (1) ausgestülpt und das Nebenformelement (11) gebildet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstülpung des Hohlprofiles (1) unter Atmosphärendruck im Hohlprofil (1) erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstülpung des Hohlprofiles (1) unter Innenhochdruck im Hohlprofil (1) erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Zurückziehen des Gegenstempels (13) das Nebenformele­ ment (11) mit gegenüber dem Ausformvorgang gesteigertem Fluid­ druck konturgerecht kalibriert wird.

5. Vorrichtung zur Herstellung von Nebenformelementen wie Aus­ halsungen, Ausbauchungen, erhabenen länglichen Flachstellen und dergleichen an länglichen, umfänglich geschlossenen Hohlprofi­ len mit einem in ein Ober- und ein Unterwerkzeug geteilten In­ nenhochdruck-Umformwerkzeug, dessen hohlprofilaufnehmende Gra­ vur zumindest einen Abzweig aufweist, in dem ein mit einem ge­ steuerten Antrieb versehener Gegenstempel verschiebbar geführt ist, und mit einer Fluidhochdruckerzeugungsanlage, die mit dem Innenhochdruck-Umformwerkzeug fluidisch verbindbar ist, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstempel (13) in einer Durchführung (12) eines im Abzweig starr angeordneten an der Abzweigwandung (8) formgleich anliegenden Körpers (7) mit einer stirnseitigen Anlagefläche (9) für das Hohlprofilmaterial derart geführt ist, daß der Ge­ genstempel (13) zum Einstülpen des mit geringem Spiel in der Gravur (2) des Umformwerkzeuges (3) angeordneten Hohlprofiles (1) in die Gravur (2) hineinverschiebbar und zum Ausformen des Nebenformelementes (11) unter Wirkung des Innenhochdruckes in den Körper (7) hinein versenkbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (7) und der Gegenstempel (13) mit ihren der Gra­ vur (2) zugewandten stirnseitigen Anlageflächen (9, 14) gemein­ sam mit der Abzweigwandung (8) die Kalibrierkontur des Neben­ formelementes (11) bilden.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstempel (13) im aus dem Körper (7) ausgefahrenen Zustand im Abzweig mit der Abzweigwandung (8) einen Ringraum (15) ausbildet, wobei in diesen unter der Einwirkung eines In­ nenhochdruckes Hohlprofilmaterial hinein verdrängbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnseite (14) des Gegenstempels (13) randseitig um­ laufend abgerundet oder angeschrägt ausgebildet ist.