DE19752171A1 - Hydroforming-Vorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einer Vorrichtung und einem Ver­ fahren zum Hydroformen (Hydroforming) eines hohlen Werkstücks zu einem Endprodukt, welches eine komplizierte Gestalt und wenigstens eine Bohrung oder eine Öffnung darin hat. Insbeson­ dere bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Hydroforming, welche das Vermögen haben, eine Öffnung in der Form zu erstellen, und welche ein Abfallaus­ wurfsystem umfassen, um das beim Durchstechen einer Öffnung in der Form anfallende Abfallmaterial zu entfernen. Insbesondere nutzt das Abfallauswurfsystem das unter Druck stehende Hydrofor­ mingfluid als Antriebskraft, um das Abfallmaterial auszuwerfen.

Typischerweise werden viele kompliziert ausgestaltete metal­ lische Erzeugnisse dadurch hergestellt, daß ausgestanzte Teile zusammengeschweißt werden. Die einzelnen Teile werden zuerst durch Ausstanzen oder andere Schneidvorgänge aus einem Stangen­ material oder einem Ausgangsmaterial, üblicherweise einem Me­ tallblech, ausgeformt. Diese einzelnen Teile werden dann längs Randflanschen zusammengeschweißt, um die gewünschte endgültige Gestalt des Erzeugnisses zu bekommen. Wenn bei dem Enderzeugnis Löcher, Bohrungen oder andere Öffnungen erforderlich sind, kön­ nen diese Öffnungen während der Ausstanzbearbeitung ausgebildet werden, oder sie können gesondert mittels eines Lochstempels oder mittels eines Bohrvorganges ausgebildet werden. Insgesamt gesehen ist eine solche Herstellungsweise relativ zeitraubend und teuer, da mehrere Teile der Einrichtung und mehrere Bear­ beitungsschritte erforderlich sind, um auszustanzen, eine Bohr­ bearbeitung durchzuführen und die einzelnen Teilstücke zusammen­ zuschweißen.

Ein Herstellungsverfahren, bei welchem nicht viele dieser Schwierigkeiten auftreten, die mit dem Schweißen von ausgestanz­ ten Teilen zusammenhängen, ist das Verfahren der Expansionsfor­ mung. Das Verfahren zum Expansionsformen wird auch als "Hydro­ forming" bezeichnet, bei dem ein verformbares, hohles Werkstück in einen Formhohlraum gelegt wird, und dann das Werkstück zu der Gestalt des Formhohlraums dadurch aufgeweitet wird, daß ein Druckfluid im Inneren des Werkstücks einwirkt. Das verformbare Werkstück besteht üblicherweise aus einem metallischen Material und kann in Form eines rohrförmigen oder quadratischen Ausgangs­ materials oder eines Blechmaterials vorliegen. Die Hydroforming- Vorrichtung ist ähnlich wie eine übliche Presse und umfaßt in typischer Weise zwei Formhälften oder Formblöcke, welche zusam­ men einen Formhohlraum bilden, welcher eine solche Form und solche Abmessungen hat, daß sie den Formen und Abmessungen der endgültigen Gestalt des mittels Hydroformens ausgebildeten Er­ zeugnisses entsprechen. Hydroforming-Vorrichtungen umfassen auch Dicht- und Fülleinrichtungen, mittels welchen das Werkstück dicht verschlossen wird und ein Druckfluid eingeleitet wird.

Häufig ist es erforderlich, daß das mittels Hydroformen aus­ gebildete Erzeugnis mehrere Bohrungen und Öffnungen enthält, welche zum Anbringen von Befestigungseinrichtungen oder anderen Komponenten an die mittels Hydroforming ausgebildeten Teil die­ nen. Daher umfassen einige Hydroforming-Vorrichtungen in der Form Systeme zum Durchstoßen einer Öffnung in dem Werkstück. Ein solches in die Form eingebautes Durchstoßsystem kann einen be­ weglichen Lochstempel umfassen, welcher in einer Bohrung ange­ ordnet ist, welche in einer der Formblöcke vorgesehen ist. Die Bohrung öffnet sich in den Formhohlraum und erstreckt sich quer zu diesem. Der Lochstempel ist in der Bohrung zwischen einer eingeführten Position und einer zurückgefahrenen Position beweg­ lich. Der Lochstempel hat eine Schneidkante an einem Ende in der Nähe des Werkstücks. Der Lochstempel wird eingefahren, schneidet in die äußere Fläche des Werkstückes ein und bildet dabei Ab­ fallmaterial.

Es gibt mehrere in der Form angeordnete Lochdurchstoßsysteme. Einige Systeme nutzen die mechanische Scherkraft des Stempels, um die Öffnung und das hierbei anfallende Abfallmaterial zu bilden. Andere Systeme durchstoßen die Öffnung zugleich mit dem Hydroform-Verfahrensschritt, wobei der Druck des Hydroformfluids genutzt wird, um das Werkstück gegen die Schneidkante des Stem­ pels zu drücken.

Wenn eine Öffnung unter Einsatz eines in der Form vorgesehenen Lochdurchstoßsystemes erstellt worden ist, muß das hierbei er­ haltene Abfallmaterial entfernt werden. Einige Abfallabfüh­ rungssysteme und Verfahren hierfür sind für den Einsatz bei in einer Form angeordneten Lochdurchstoßsystemen bekannt. Die ein­ fachste Methode ist darin zu sehen, das Abfallmaterial in das mittels Hydroformen gebildete Enderzeugnis fallen zu lassen, und dann das Abfallmaterial zu entfernen, nachdem das fertiggestell­ te Erzeugnis aus der Hydroforming-Vorrichtung entnommen worden ist. Bei einer anderen Methode wird das Abfallmaterial zu einer Stelle in der Hydroforming-Vorrichtung bewegt, an der dieses Material mit Hilfe von geeigneten Ausstoßeinrichtungen ausge­ stoßen werden kann. Bei einem Beispiel eines bekannten Abfallma­ terialabführungssystems wird ein Abfallmaterial mit einem Arm in eine Ausstoßrutsche geschoben. Bei diesem System wird das Ab­ fallmaterial nicht entfernt, bis das Werkstück druckentlastet ist und das Abfallmaterial aufgrund der Schwerkraft zu einer Stelle fallen kann, an der es mittels des Armes in die Ausstoß­ rutsche ausgeschoben werden kann. Alternativ kann bei diesem System Druckluft eingesetzt werden, um das Abfallmaterial in die Auswurfrutsche zu blasen. Beide Systeme haben den Nachteil, daß man zusätzliche bewegliche Teile benötigt, bei denen es sich um solche Teile handelt, die normalerweise bei einer Hydrofroming- Vorrichtung nicht eingesetzt werden (das heißt ein beweglicher Arm muß mit Hilfe einer geeigneten Antriebseinrichtung bewegt werden, und die Druckluft muß von einem Kompressor über zugeord­ nete Leitungen zugeführt werden.) Es wäre ideal, wenn man das unter Druck stehende Hydroformingfluid als Antriebskraft zum Auswerfen des Abfallmaterials nutzen könnte, welches bei dem in der Form eingebauten Lochdurchstoßsystem anfällt, um somit die Kompliziertheit der Hydroforming-Vorrichtung weitgehend zu redu­ zieren.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Hydroforming-Vorrichtung und ein Verfahren, bei denen ein in der Form eingebautes Loch­ durchstoßsystem und ein Abfallmaterialauswurfsystem zum Einsatz kommen. Das Abfallmaterialauswurfsystem nutzt das unter Druck stehende Hydroformingfluid als Antriebskraft, um das Ab­ fallmaterial auszuwerfen, welches bei dem in der Form ein­ gebauten Lochdurchstoßsystem angefallen ist.

Im allgemeinen umfaßt die Hydroforming-Vorrichtung ein Paar Formblöcke, welche aufeinander zu zwischen einer Offenposition und einer Schließposition beweglich sind. Die Formblöcke bilden einen dicht geschlossenen Hohlraum in der Schließstellung. Der dicht abgeschlossene Hohlraum hat eine Gestalt und Abmessungen, welche passend zu der Gestalt und den Abmessungen des mittels Hydroformen hergestellten Enderzeugnisses gewählt sind. Das in der Form eingebaute Lochdurchstoßsystem ist in der Hauptform angeordnet. Insbesondere hat einer der Formblöcke wenigstens eine darin ausgebildete Bohrung, welche sich in den Formhohlraum öffnet und quer zu diesem verläuft. Ein Lochstempel ist in der Bohrung aufgenommen und zwischen einer eingeführten Position und eine zurückgefahrenen Position beweglich. Wenn der Lochstempel in der eingeführten Position ist, berührt er die äußere Fläche eines Werkstücks, welches sich in dem Hohlraum der Hydroforming- Vorrichtung befindet. Der Lochstempel umfaßt eine Schneidkante an einem ersten Ende in der Nähe des Hohlraums, um eine Öffnung in dem Werkstück zu erstellen, wenn der Lochstempel in aus­ reichendem Maße eingefahren bzw. eingeführt ist.

Das Abfallmaterialauswurfsystem wird eingesetzt, um das Abfall­ material auszuwerfen, welches bei der Erstellung der Öffnung mittels der in der Form angeordneten Lochdurchstoßeinrichtung angefallen ist. Der Formblock, welcher die Bohrung hat, hat einen ersten Durchgang und einen zweiten Durchgang, welcher darin ausgebildet sind. Beide ersten und zweiten Durchgänge münden in die Bohrung und verlaufen quer zu dieser. Der erste Durchgang steht in Fluidverbindung mit einer Quelle für das Hydroformingfluid. Der zweite Durchgang liegt im allgemeinem dem ersten Durchgang gegenüber und bildet eine Rutsche, welche das Abfallmaterial aufnimmt, welches durch das unter Druck stehende Hydroformingfluid ausgestoßen worden ist, welches dem ersten Durchgang zugeführt worden ist. Im Betriebszustand wird ein verformbares, hohles Werkstück in der Hydroforming-Vorrichtung angeordnet und mit Druck beaufschlagt, bis sich dieses der Form des Formhohlraumes angepaßt hat. Wenn das Werkstück mittels Hydroformen zu der endgültigen Gestalt ausgeformt worden ist, wird der Teil zur Ausbildung einer Öffnung bei dem Verfahren durchgeführt. Ein erstes Ende des die Öffnung bildenden Loch­ stempels wird gegen das mittels Hydroformen ausgebildete Werk­ stück bewegt, um die Öffnung einzuschneiden. Vorzugsweise wird der Stempel zu einer Position vorgeschoben, an welcher das Werk­ stück nur teilweise mittels Schneiden bearbeitet ist. Wenn dieser Bereich teilweise durch Schneiden bearbeitet ist, wird der Innendruck in dem mittels Hydroformen ausgebildeten Werk­ stück auf einen Wert unterhalb des maximalen Hydroforming- Druckes herabgesetzt, welcher aber größer als der Umgebungsdruck ist. Dann wird der Lochstempel in die Bohrung zu einer Position zurückgefahren, in der die Kante des Lochstempels das Werkstück nicht berührt. Aufgrund des Innendrucks im Werkstück wird der teilweise durchgetrennte Bereich nach außen gedrückt, wodurch Abfallmaterial gebildet wird. Das Abfallmaterial wird gegen das erste Ende des Lochstempels gedrückt, wenn der Lochstempel in­ folge des Innendrucks im Werkstück zurückgefahren wird. Wenn das erste Ende des Lochstempels im allgemeinen mit den ersten und zweiten Durchgängen fluchtet, wird unter Druck stehendes Hydro­ formingfluid dem ersten Durchgang zugeleitet. Der Druck des Hydroformingfluids in dem ersten Durchgang in Verbindung mit der Herabsetzung des unter Druck stehenden Fluids in dem Werkstück führt zum Auswerfen des Abfallmaterials in den zweiten Durch­ gang.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung er­ geben sich aus der nachstehenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung.

Darin zeigt:

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer Hydroforming- Vorrichtung mit einem in der Form angeordneten Loch­ durchstoßsystem und einem Abfallmaterialauswurfsystem nach der Erfindung. Auch zeigt diese Figur ein hohles mittels Hydroformen in der Hydroforming-Vorrichtung auszubildendes Werkstück;

Fig. 2 eine Fig. 1 ähnliche Ansicht einer Hydroforming-Vor­ richtung, wobei das Werkstück in seiner mittels Hydro­ formen erhaltenen Endgestalt gezeigt ist;

Fig. 3 eine Fig. 2 ähnliche Ansicht einer Hydroforming-Vor­ richtung, bei der der Beginn der Ausbildung der Öf­ fnung in dem mittels Hydroformen ausgebildeten Werk­ stück verdeutlicht ist;

Fig. 3a eine Detailschnittansicht der Hydroforming-Vorrichtung und des Werkstückes nach Fig. 3;

Fig. 4 eine Fig. 3 ähnliche Ansicht der Hydroforming-Vor­ richtung, wobei die Bildung eines Abfallmaterials verdeutlicht wird, sowie die Rückzugsbewegung des in der Form vorgesehenen Lochdurchstoßsystems;

Fig. 5 eine Fig. 4 ähnliche Ansicht einer Hydroforming-Vor­ richtung, bei der das in der Form vorgesehene Loch­ durchstoßsystem in einer zurückgefahrenen Position gezeigt ist, in welcher das Abfallmaterialauswurfsy­ stem betätigt wird, um das Abfallmaterial auszuwerfen;

Fig. 6 eine Fig. 5 ähnliche Ansicht einer Hydroforming-Vor­ richtung, wobei das mittels des Abfallmaterialaus­ wurfsystems ausgeworfene Abfallmaterials gezeigt ist, und

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht einer fertiggestellten Fahrzeugrahmenkomponente, welche mittels der Hydrofor­ ming-Vorrichtung nach Fig. 1 hergestellt worden ist.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnung ist in den Fig. 1 bis 6 eine Hydroforming-Vorrichtung gezeigt, welche insgesamt mit 10 bezeichnet und nach der Erfindung ausgelegt ist. Die Hydrofor­ ming-Vorrichtung 10 wird typischerweise eingesetzt, um ein hoh­ les, metallisches Werkstück zu einem Erzeugnis zu verformen, welches eine komplizierte Gestalt hat. Der Grundaufbau und die Grundbetriebsweise der Hydroforming-Vorrichtung 10 sind an sich bekannt, und es werden hier nur jene Teile der Hydroforming- Vorrichtung 10 näher erläutert, welche zum vollständigen Ver­ ständnis der Erfindung erforderlich sind. Im allgemeinen nutzt eine Hydroforming-Vorrichtung die Einwirkung eines unter Druck stehenden Fluids im Inneren eines hohlen Werkstücks, um die gewünschte endgültige Gestalt und die endgültigen Abmessungen des Erzeugnisses zu erhalten. Unter Bezugnahme auf Fig. 1 um­ faßt der Grundaufbau der Hydroforming-Vorrichtung 10 eine Haupt­ form, wenn sie insgesamt mit 21 bezeichnet ist, und welche ein Paar von Formhälften oder Formblöcken umfaßt. Insbesondere kann die Hauptform 21 einen oberen Formblock 22 und einen unteren Formblock 24 umfassen. Der obere Formblock 22 und der untere Formblock 24 sind in Richtung aufeinanderzu zwischen einer Of­ fenposition und einer Schließposition beweglich. Die beiden Blöcke 22 und 24 sind in Fig. 1 in Schließstellung gezeigt. Der obere Formblock 22 und der untere Formblock 24 bilden zusammen einen dicht abgeschlossenen Formhohlraum 26, wenn sie sich in ihrer Schließpositionen befinden. Die Gestalt und die Abmessun­ gen des Formhohlraums 26 sind derart gewählt, daß sie zu der gewünschten Gestalt und den gewünschten Abmessungen des mittels Hydroforming herzustellenden Enderzeugnisses passen und entspre­ chen. Während die meisten Hydroforming-Vorrichtungen 10 eine zweiteilige, geteilte Form umfassen, soll auch noch erwähnt werden, daß die Hauptform 21 bei der Hydroforming-Vorrichtung 10 gegebenenfalls auch mehrere Formblöcke umfassen kann, um die gewünschte endgültige Gestalt zu erhalten. Ferner ist die Angabe "oberer" und "unterer" in der Beschreibung nicht auf diese Lage beschränkt, sondern die Formblöcke 22 und 24 können auch in umgekehrter Anordnung vorgesehen sein, oder sie können auch seitlich nebeneinanderliegend angeordnet sein.

Das hohle und mittels Hydroformen auszubildende Werkstück wird in den Formhohlraum 26 zwischen dem oberen Formblock 22 und dem unteren Formblock 24 gelegt. Üblicherweise wird ein hohles, rohrförmiges Teil, wie das Werkstück 28 nach Fig. 1, zur Her­ stellung eines mittels Hydroformen auszubildenden Erzeugnisses eingesetzt. Jedoch können auch andere Materialien, wie quadrati­ sche Ausgangsmaterialien oder Metallblech eingesetzt werden, vorausgesetzt, daß diese in entsprechender Weise sich formen lassen. Im allgemeinen wird Stahl zur Herstellung von Fahrzeug­ rahmenkomponenten eingesetzt. Jedoch können auch andere verform­ bare Materialien, wie andere Metalle und Kunststoffmaterialien, gegebenenfalls bei den Hydroforming-Vorrichtungen und den hier­ für vorgesehenen Verfahren zum Einsatz kommen.

Das Verfahren zum Hydroformen umfaßt die Einwirkung eines unter Druck stehenden Fluids im Inneren des Werkstücks 28. Daher um­ faßt eine Hydroforming-Vorrichtung 10 im allgemeinen eine Ein­ richtung, mittels der das Werkstück 28 dicht verschlossen und gefüllt werden kann. Bei der in Fig. 1 dargestellten bevorzug­ ten Ausführungsform ist mit 30 insgesamt ein Paar von Dich­ tungsköpfen gezeigt, welche dazu eingesetzt werden können, die beiden Enden des Werkstücks 28 dicht zu verschließen. Im allge­ meinen kann jeder Dichtungskopf 30 einen Kolben 32 umfassen, welcher in einem Ende des Werkstücks 28 angeordnet ist. Der Kolben 32 kann in das Werkstück 28 derart passend eingesetzt werden, daß hierdurch ein dichter Abschluß gebildet wird. Alter­ nativ kann eine gesonderte Dichtungseinrichtung (nicht gezeigt) eingesetzt werden, um die Enden des Werkstücks 28 abzudichten. Jeder Dichtungskopf 30 kann eine Antriebseinrichtung 34 umfas­ sen. Jede Antriebseinrichtung 34 verschiebt einen Kolben 32 in Richtung auf den anderen Kolben und gegen die Enden des Werk­ stücks 28. Im allgemeinen wird die Antriebseinrichtung 34 hy­ draulisch betrieben. Jedoch können auch andere Antriebseinrich­ tungen eingesetzt werden, ohne daß eine Beschränkung hierauf erfolgen soll, wie zum Beispiel automatische Antriebseinrichtun­ gen, wie pneumatisch oder hermetisch betriebene Antriebseinrich­ tungen oder manuelle Antriebseinrichtungen. Andere Bauformen von Dichtungsköpfen 30, wie Tauchkolben, Kolben, Dorne oder andere Einrichtungen können zum dichten Abschließen und Füllen eines Werkstücks eingesetzt werden, welches mittels Hydroformen zu bearbeiten ist. Diese können bei der Hydroforming-Vorrichtung 10 und dem Verfahren nach der Erfindung ebenfalls zum Einsatz kom­ men.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, kann einer der Dichtungsköpfe 30 derart beschaffen und ausgelegt sein, daß das dicht abgeschlos­ sene Werkstück 28 gefüllt werden kann. Alternativ können beide Dichtungsköpfe derart beschaffen und ausgelegt sein, daß das Werkstück 28 gefüllt werden kann. Der Dichtkopf oder die Dicht­ köpfe 30, welche zum Befüllen des Werkstückes 28 eingesetzt werden, können von einer Quelle für Hydroformingfluid 40 über geeignete Fluidversorgungsleitungen 41 versorgt werden. Gegebe­ nenfalls kann ein Ventil 42 eingesetzt werden, um die Zufuhr des Hydroformingfluids zu dem Werkstück 28 zu steuern. Das Versor­ gungsventil 42 für das Hydroformingfluid für das Werkstück kann durch eine geeignete manuelle oder automatische Antriebseinrich­ tung 44 angetrieben werden, beispielsweise durch die zuvor be­ schriebene Antriebseinrichtung 34. Gegebenenfalls kann die An­ triebseinrichtung 44 für das Versorgungsventil 42 für das Hydro­ formingfluid für das Werkstück elektrisch mit einer Steuerein­ richtung 46 verbunden sein. Die Steuereinrichtung 46 kann als ein üblicher Mikroprozessor ähnlich eines Rechners ausgelegt sein, welcher programmiert werden kann, um ein oder mehrere elektrische Ausgangssignale in Abhängigkeit einer Mehrzahl von elektrischen Eingangssignalen zu liefern.

Es kann erforderlich sein, daß das abschließende, mittels Hydro­ formen ausgebildete Erzeugnis Öffnungen, Bohrungen, Löcher oder dergleichen umfaßt, welche zum Anbringen von Befestigungsmit­ teln, Trägern oder anderen Komponenten an dem Erzeugnis bestimmt sind. Daher umfassen einige Hydroforming-Vorrichtungen 10 Ein­ richtungen, welche das Durchstoßen von Öffnungen in der Form gestatten, um eine oder mehrere Öffnungen in dem Werkstück aus­ zubilden. Bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform kann einer der Formblöcke (der oberen Formblock 22 in den Figuren) wenigstens eine Bohrung 48 umfassen, welche in diesem ausgebil­ det ist und welche sich in den Formhohlraum 26 öffnet sowie sich im wesentlichen quer zu diesem erstreckt. Die Bohrung 48 nimmt einen Stempel bzw. einen Lochstempel 50 auf, welcher in der Bohrung 48 beweglich ist. Der Stempel 50 umfaßt ein erstes Ende 52, welches dem Formhohlraum 26 benachbart ist. Das erste Ende 52 ist derart beschaffen und ausgelegt, daß eine Öffnung 53 in dem Werkstück 28 erstellt werden kann. (Eine Öffnung 53, welche in dem Werkstück 28 ausgebildet worden ist, ist am deutlichsten in Fig. 4 zu ersehen.) Das erste Ende 52 kann eine Schneidkante oder eine andere Fläche aufweisen, welche geeignete ist, ein Loch bzw. eine Öffnung 53 in dem Werkstück durchzustoßen. Das erste Ende 52 hat eine solche Gestalt und solche Abmessungen, die zu der entsprechenden Abmessung der gewünschten Öffnung 53 passen.

Der Lochstempel 50 kann in der Bohrung 48 mit Hilfe von geeig­ neten Antriebseinrichtungen 54 bewegt werden, welche ohne jeg­ liche Beschränkung automatische Antriebseinrichtungen, wie hy­ draulische, pneumatische, magnetisch gesteuerte Antriebseinrich­ tungen oder auch jede beliebige manuell gesteuerte Antriebsein­ richtung umfassen können. Der Stempel 50 ist zwischen einer eingeführten Position, die am deutlichsten aus Fig. 3 zu er­ sehen ist, und einer rückgefahrenen Position beweglich, welche am deutlichsten in den Fig. 5 und 6 gezeigt ist. Der Stempel 50 ist unter Durchlaufen einer Anzahl von Zwischenpositionen beweglich, welche in den Fig. 1 und 4 verdeutlicht sind. Wenn der Stempel nach Fig. 3 eingeführt ist, berührt das erste Ende 52 die äußere Fläche des Werkstücks 28. Der Stempel kann ein­ gesetzt werden, um eine Öffnung 53 in der Wand des Werkstücks 28 teilweise oder vollständig zu erstellen. Eine Dichtungsein­ richtung 56 kann zwischen dem Stempel 50 und der Bohrung 48 erforderlich sein, da die Bohrung 48 sich in den Formhohlraum 28 öffnet und das sich in dem Werkstück 28 sich befindende Druck­ fluid in Kontakt mit dem ersten Ende 52 des Stempel 50 kommen kann, wenn die Öffnung 53 einmal ausgebildet ist. Die Dichtungs­ einrichtung 58 kann von irgendeiner geeigneten Dichtungseinrich­ tung gebildet werden, welche ohne jegliche Beschränkung O-Ringe und Flächendichtungen umfassen können.

Wenn eine Öffnung 52 in dem Werkstück 28 erstellt ist, wird ein gesondertes Abfallmaterialstück 60 gebildet. Ein Abfallmaterial 60, welches von dem Werkstück 28 abgetrennt worden ist, ist in den Fig. 4 bis 6 gezeigt. Unter Bezugnahme auf Fig. 1 umfaßt die dargestellte Hydroforming-Vorrichtung 10 ein Abfallmaterial­ auswurfsystem nach der Erfindung. Im allgemeinen umfaßt das Abfallmaterialauswurfsystem zwei Durchgänge 62 und 64, welche im Inneren der Hydroform-Vorrichtung 10 ausgebildet sind, und das unter Druck stehende Hydroformingfluid wird als Antriebskraft zum Auswerfen des Abfallmaterials 60 genutzt. Insbesondere hat einer der Formblöcke (obere Formblock 22 bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform) einen ersten Durchgang 62 und einen zweiten Durchgang 64, welche darin ausgebildet sind. Die beiden ersten Durchgänge 62 und zweiten Durchgänge 64 öffnen sich in die Bohrung 48 und erstrecken sich im wesentlichen in Querrich­ tung hierzu. Der erste Durchgang 62 ist in kommunizierender Fluidverbindung mit der Quelle 40 für das Hydroformingfluid. Gegebenenfalls kann das Hydroformingfluid auch dem ersten Durch­ gang 62 über ein erstes Fluidversorgungsventil 68 für das Hydro­ formingfluid zu diesem Durchgang zugeleitet werden sowie über eine geeignete Fluidversorgungsleitung 69. Der zweite Durchgang 64 liegt im allgemeinen dem ersten Durchgang 62 bezüglich der Bohrung 48 gegenüber. Der zweite Durchgang 64 wird eingesetzt, um das Abfallmaterial 60 aufzunehmen, welches mittels des unter Druck stehenden Hydroformingfluids ausgestoßen worden ist, welches durch den ersten Durchgang 62 strömt, wie dies nachste­ hend noch näher erläutert wird. Da der zweite Durchgang 64 als eine Art Rutsche wirkt, um das ausgeworfene Abfallmaterial 60 aufzunehmen, kann der zweite Durchgang 64 derart gestaltet wer­ den, daß er eine größere Öffnung 70 in der Bohrung 48 als die Öffnung 72 des ersten Durchganges 62 hat. Zusätzlich kann der Boden oder die untere Fläche 71 der Öffnung 70 in dem zweiten Durchgang 64 näher zu dem Hohlraum 26 als der Boden oder die untere Fläche 73 der Öffnung 72 in dem ersten Durchgang 62 an­ geordnet sein. Das Ende des zweiten Durchgangs 64, welches der Öffnung 70 gegenüberliegt, kann sich zu einem Abfallsammler 74 öffnen. Gegebenenfalls kann der Abfallsammler 74 über ein Aus­ laßventil 76 und eine zugeordnete Leitung 77 angeschlossen sein, um das Hydroformingfluid zu der Quelle 40 zurückzuführen.

Das erste Versorgungsventil 68 für den Durchgang zur Versorgung mit Hydroformingfluid kann mit Hilfe einer geeigneten Antriebs­ einrichtung 78 betrieben werden, welche ohne jegliche Beschrän­ kung eine automatische Antriebseinrichtung wie eine hydrauli­ sche, pneumatische oder magnetisch betriebene Antriebseinrich­ tung umfassen kann, oder auch jegliche manuelle Antriebseinrich­ tung, wie ein mit Gewinde versehenes Handrad, welches mit dem Ventilkörper betriebsverbunden ist. Zusätzlich kann der Antrieb des Versorgungsventils 68 für den ersten Durchgang mittels der Steuereinrichtung 46 gesteuert werden. In typischer Weise wird das Hydroformingfluid dem ersten Durchgang 62 zugeleitet, wenn es erwünscht ist, ein Abfallmaterial 60 auszustoßen. Folglich kann die Steuereinrichtung 46 eingesetzt werden, um den Be­ triebszeitpunkt des Versorgungsventils 68 für den ersten Durch­ gang über eine Signalleitung 80 zu steuern. Zusätzlich kann die Steuereinrichtung 46 elektrisch mit der Versorgungsventilan­ triebseinrichtung 44 zur Ausbildung des Werkstücks mittels Hy­ droforming und der Stempelantriebseinrichtung 54 über jeweilige Signalleitungen 80 und 84 verbunden sein.

Beim Arbeiten wird die Hydroforming-Vorrichtung 10 zuerst in die Offenstellung gebracht, indem die beiden Formblöcke 22 und 24 in die Offenstellung gebracht werden, und dann wird ein ver­ formbares, hohles Werkstück 28 in den Formhohlraum 26 gelegt. Die beiden Formblöcke 22 und 24 werden entsprechend Fig. l geschlossen. Dann werden die Enden des Werkstücks 28 mit Hilfe der beiden Dichtköpfe dicht verschlossen. Das Werkstück 28 wird dann nach Fig. 2 gefüllt und unter Druck gesetzt. Wenn der Innendruck im Werkstück 28 anzusteigen beginnt, expandiert sich das Werkstück 28 in Richtung nach außen, so daß es sich der Form und den Abmessungen des Formhohlraums 26 anpaßt (Der Innendruck im Werkstück 28 wird durch die nach außen weisenden Pfeile dar­ gestellt).

Wenn das Werkstück 28 vollständig sich in den Formhohlraum 26 expandiert hat, kann der Teil des Verfahrens zur Ausbildung der Öffnung durchgeführt werden, wie dies in Fig. 3 verdeutlicht ist. Das erste Ende 52 des Stempels 50 kann gegen das mittels Hydroformen ausgebildete Werkstück 28 geführt werden, um den Schneidvorgang für die Öffnung 53 einzuleiten. Vorzugsweise wird der Stempel 50 in eine Position vorgeschoben, in welcher das Werkstück 28 nur teilweise durchgetrennt ist oder perforiert ist. Wie in Fig. 3a gezeigt ist, bleibt der Bereich 28a des Werkstücks 28, welcher teilweise mit Hilfe des Stempels 50 durchgetrennt ist, noch an dem Werkstück.

Wenn der Bereich 28a teilweise durchgetrennt ist, kann der In­ nendruck im mittels Hydroformen ausgebildeten Werkstück 28 auf einen Wert unterhalb des maximalen Hydroforming-Drucks herab­ gesetzt werden, welcher aber größer als der Umgebungsdruck ist. Dann kann der Stempel 50 in die Bohrung 48 zu einer Position eingefahren werden, in der das erste Ende 52 des Stempels 50 das Werkstück 28 nicht berührt. Da der Innendruck im Werkstück 28 bewirkt, daß der teilweise durchgetrennte Bereich 28a in Richtung nach außen gedrückt wird, wird hierdurch das Ab­ fallmaterial 60 gebildet.

Der Abfallmaterialauswurfteil des Verfahrens ist in den Fig. 4 bis 6 gezeigt. Wenn der Stempel 50 zurückgefahren ist, wird das Abfallmaterial 60 fortgesetzt gegen das erste Ende 52 des Stempels 50 infolge des Druckes des Hydroformingfluids gedrückt. Wie in Fig. 5 gezeigt ist, kann der Kolben 50 in eine Position eingefahren werden, in welcher das erste Ende des Stempels 50 im allgemeinen zu dem ersten Durchgang 62 und zu dem zweiten Durch­ gang 64 ausgerichtet ist. Vorzugsweise wird der Stempel 50 in eine Position eingefahren, in welcher das erste Ende 52 des Stempels 50 unmittelbar oberhalb des oberen Teils des ersten Durchganges 62 sich befindet. Dann wird das unter Druck stehende Hydroformingfluid dem ersten Durchgang 62 mit einer so aus­ reichenden Volumen und Druck zugeleitet, daß das Abfallmaterial 60 in den zweiten Durchgang 64 ausgestoßen wird, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist. (Das unter Druck stehende Fluid ist mit horizontal gerichteten Pfeilen in Fig. 6 verdeutlicht.) Die Kombination aus dem unter Druck stehenden Hydroformingfluid und dem Innendruck im Werkstück 28 bewirkt, daß das Material 60 in den zweiten Durchgang 64 ausgestoßen wird.

Wenn das Abfallmaterial 60 in dem zweiten Durchgang 64 ausges­ toßen worden ist, kann es mit Hilfe von irgendwelchen geeigneten Einrichtungen entfernt werden. Beispielsweise kann der zweite Durchgang 64 sich direkt zu einem Abfallsammler 74 sich öffnen. Da etwas von dem Hydroformingfluid über den zweiten Durchgang 64 ausgestoßen werden kann, kann es erwünscht sein, daß dieses Fluid zurückgeführt wird, um die Herstellungskosten hierbei zu reduzieren. Folglich kann das Hydroformingfluid zu der Quelle 40 unter Einsatz eines geeigneten Leitungssystems zurückgeführt werden, welches beispielsweise ein Ventil 76 und die Leitungen 77 umfaßt. Alternativ kann das Hydroformingfluid entsorgt wer­ den.

Das Versorgungsventil 68 für den ersten Fluiddurchgang kann mit Hilfe der Steuereinrichtung 46 gesteuert werden, um automatisch den Zufluß des Hydroformingfluids zu dem ersten Durchgang 62 zu steuern. Gegebenenfalls kann die Steuereinrichtung 46 ein Ein­ gangssignal von der Versorgungsventilantriebseinrichtung 44 für die Ausbildung des Werkstückes über die Signalleitung 82 und ein Eingangssignal von der Stempelantriebseinrichtung 54 über die Signalleitung 84 erhalten. Bei einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung kann die Steuereinrichtung 46 benutzt werden, um das Ventil 68 zu öffnen, so daß unter Druck stehendes Hydro­ formingfluid dem ersten Durchgang 62 zugeleitet werden kann und das Abfallmaterial 60 ausgeworfen werden kann, wenn der Stempel 50 sich in der zurückgezogenen Position befindet. Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform kann das Fluidversorgungs­ ventil 68 für den ersten Durchgang mittels der Steuereinrichtung 46 geöffnet werden, wenn das Fluidversorgungsventil 42 für das Werkstück geschlossen ist und der Stempel 50 eingefahren ist. Alternativ kann das Versorgungsventil 68 für den ersten Durch­ gang mittels der Steuereinrichtung 46 geöffnet werden, wenn der Druck des Hydroformingfluids, welches dem Werkstück 28 zugelei­ tet wird, kleiner als der Druck des Hydroformingfluids ist, welches dem ersten Durchgang 62 zugeleitet wird, und der Stempel 50 in eine Position eingefahren worden ist, in welcher das Ab­ fallmaterial 60 in den zweiten Durchgang 64 ausgestoßen werden kann.

Eine Erzeugnissorte, welche zur Herstellung unter Einsatz der Hydroforming-Vorrichtung 10 und des Hydroforming-Verfahrens gemäß der voranstehenden Beschreibung geeignet ist, ist eine Fahrzeugrahmenkomponente. Tatsächlich haben alle Fahrzeuge und Lastkraftwagen eine Rahmenanordnung, welche als eine Plattform dienen, auf welcher die restlichen Teile des Fahrzeugs aufgebaut werden. Die meisten Rahmenanordnungen umfassen mehrere Arten von Rahmenkomponenten, welche ein Paar von Längsträgern umfassen, welche über eine oder mehrere Querträger miteinander verbunden sind. Ein Beispiel eines Querträgers ist in Fig. 7 und dort insgesamt mit 90 bezeichnet. Wie aus Fig. 7 zu ersehen ist, hat der Querträger 90 einen Hauptabschnitt 92, welcher einen im allgemeinen rechteckförmigen, oder kastenförmigen Querschnitt hat, welcher konisch in Richtung auf die jeweiligen Endabschnit­ te 94 verläuft, welche im allgemeinen rohrförmige Querschnitte haben. Zusätzlich ist der Querträger. 90 derart hergestellt, daß er mehrere Öffnungen und Bohrungen 53 umfaßt, welche zum An­ bringen von Trägern, Befestigungseinrichtungen oder Fahrzeugkom­ poneten selbst an dem Querträger 90 bestimmt sind. Der kasten­ förmige Hauptabschnitt 92 und die verschiedenen Öffnungen 53 dieser speziellen Rahmenkomponente 90 können unter Einsatz der Hydroforming-Vorrichtung 10 hergestellt werden, sowie unter Ein­ satz des vorher beschriebenen Verfahrens.

Obgleich voranstehend bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung erläutert wurden, ist die Erfindung natürlich hierauf nicht beschränkt, sondern es sind zahlreiche Abänderungen und Modifik­ ationen möglich, die der Fachmann im Bedarfsfall treffen wird, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen.

Claims (9)

1. Vorrichtung zum Hydroformen eines hohlen Werkstücks, welche folgendes aufweist:
ein Paar von ersten und zweiten Formblöcken (22, 24), welche in Richtung aufeinanderzu zwischen einer Offen­ position und einer Schließposition beweglich sind, wobei das Paar von Formblöcken (22, 24) einen dicht geschlossenen Hohlraum (26) dazwischen bilden, wenn sie sich in ihrer Schließposition befinden, der erste Formblock (22) wenig­ stens eine darin ausgebildete Bohrung (48) hat, welche in den Hohlraum (26) mündet und im allgemeinen quer zu dieser verläuft, der erste Formblock (22) ferner einen ersten Durchgang (62) und einen zweiten Durchgang (64) hat, welche darin ausgebildet sind, wobei die beiden ersten und zweiten Durchgänge (62, 64) in die Bohrung (48) münden und im allgemeinen quer zu dieser verlaufen sowie im allgemeinen einander bezüglich der Bohrung (48) gegenüberliegen;
wenigstens einen Stempel (50), welcher in der Bohrung (48) zwischen einer eingeführten und einer zurückgefahrenen Position beweglich ist, wobei der Stempel (50) ein erstes Ende (52) hat, welches derart beschaffen und ausgelegt ist, daß eine Öffnung (43) in dem Werkstück (28) durchgestoßen werden kann und hierdurch ein Abfallmaterial (60) anfällt, der Stempel die Öffnung (53) ausbildet sowie das Abfallma­ terial (60), wenn der Stempel (50) in die eingefahrene Position bewegt wird, und wobei das erste Ende (52) des Stempels (50) im allgemeinen zu den ersten und zweiten Durchgängen (62, 64) fluchtet, wenn der Stempel (50) in die zurückgefahrene Position bewegt ist;

ein erstes Hydroformingfluid-Versorgungssystem (40), welches das Werkstück (28) mit einem unter Druck stehenden Hydroformingfluid derart versorgt, daß das Werkstück (28) sich unter Anpassung an den Formhohlraum (26) expandiert, wobei das unter Druck stehende Hydroformingfluid das Ab­ fallmaterial (60) gegen den Stempel (50) drückt, wenn der Stempel (50) sich in der eingefahrenen Position befindet; und
ein zweites Versorgungssystem (42) für das Hydrofor­ mingfluid, welches unter Druck stehendes Hydroformingfluid dem ersten Durchgang (62) zuleitet, um das Abfallmaterial (60) auszuwerfen, wenn der Stempel (50) sich in seiner eingefahrenen Position befindet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und die zweiten Durchgänge (62, 64) eine Öffnung in der Bohrung (48) haben, und daß die Öffnung des zweiten Durchganges (64) größer als jene des ersten Durchgangs (62) ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bodenfläche der Öffnung des zweiten Durchgangs (64) näher zu dem Hohlraum (26) als eine Bodenfläche der Öffnung des ersten Durchgangs (62) liegt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der zweite Durchgang (64) betriebsmäßig mit dem Abfallsammler (74) zum Aufnehmen der ausgeworfenen Abfallmaterialien verbunden ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner eine Steuereinrichtung (46) umfaßt, welche derart beschaffen und ausgelegt ist, daß selektiv die Zufuhr des Hydroformingfluids über die ersten und zweiten Hydroformingfluid-Versorgungssysteme (40, 42) gesteuert wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (46) derart beschaffen und ausgelegt ist, daß sie selektiv die Bewegung des Stempels (50) steuert.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, aß die Steuereinrichtung (46) ferner derart ausgelegt ist, daß sie ein Programm umfaßt, mittels dem das Hydroformingfluid über das zweite Hydroformingfluid-Versorgungssystem (42) nur zugeleitet wird, wenn der Stempel (50) in seine eingefah­ renen Position bewegt worden ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (46) ferner ein Programm umfaßt, mittels welchem das Hydroformingfluid über das zweite Hydroformingfluid-Versorgungssystem (42) nur zugeleitet wird, wenn (i) der Stempel (50) sich in der eingefahrenen Position befindet, und (ii) das Hydroformingfluid, welches in das erste Hydroformingfluid-Versorgungssystem (40) zuge­ führt wird, einen niedrigeren Druck als das Hydroforming­ fluid hat, welches über das zweite Hydroformingfluid-Ver­ sorgungssystem (42) zugeführt wird.