DE19816566C2 - Werkzeug und Verfahren zum Herstellen eines Hohlkörpers durch Innenhochdruckumformen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Innenhochdruckumformen von zwei an ihren Rändern zusammengeschweißten Platinen. Ein Querandocken an die Platinen für die Zufuhr eines Wirkmediums für das Innenhochdruckumformen erfolgt mittels eines Andockstempels (6) in einer in einer Platine (1) ausgebildeten Öffnung. Der Andockstempel (6) wird durch ein konisches Mundstück (6a) und einen Dichtungskragen (6b) gegenüber der Platine (1) abgedichtet und ist im Werkzeug (3, 4) derart gelagert, daß er durch das beim Ausformen der Platinen (1, 2) im Formhohlraum aus den Randbereichen nachfließende Material mitgenommen wird.

Description

Für die Herstellung eines komplexen Bauteils mit hoher Steifigkeit und geringem Gewicht eignet sich das Innenhochdruckumformen von flach aufeinander liegenden, an ihren Rändern verschweißten Blechplatinen, sogenannten Doppelplatinen. Ein Problem bei der Herstellung solcher hohlen Bauteile ist das Andocken der Doppelplatinen an Einrichtungen für die Einleitung eines Wirkmediums unter hohem Druck in den Raum zwischen den Platinen.

Problematisch ist das Andocken zum einen, weil die Andockmittel möglichst dicht an die Doppelplatine anzuschließen sind, und zum anderen, weil die Möglichkeit bestehen soll, daß beim Ausformen der Doppelplatine in einem Formhohlraum eines Werkzeuges, das die Doppelplatine an ihren Rändern eingeklemmt hält, Material von den eingeklemmten Randbereichen in den Formhohlraum nachfließt.

Obgleich aus dem Stand der Technik viele verschiedene Andocksysteme bekannt sind, gibt es kein Andocksystem, bei dem beide Zielsetzungen erfüllt werden.

Bei einem bekannten Andocksystem zum Querandocken (DE 44 27 140 C1) besteht das Werkzeug aus einem Ober- und einem Unterteil, die zwischen sich einen Formhohlraum entsprechend der Form des herzustellenden hohlen Bauteils bilden. Bei diesem Werkzeug wird eine an ihren Rändern mit einer durchlaufenden Naht verschweißte Doppelplatine mit ihren Randbereichen zwischen dem Ober- und Unterteil eingeklemmt gehalten. Zum Andocken ist in einer der beiden Platinen, insbesondere in der unteren Platine, im eingespannten Randbereich innerhalb der Schweißnaht eine Öffnung vorgesehen. In diese Öffnung kann ein vom Unterteil getragener Andockstempel, über den das einzuleitende Wirkmedium zuführbar ist, eingeführt werden, wobei diesem Stempel im Oberteil eine entsprechende Ausnehmung zugeordnet ist, in die beim Einführen des Stempels in die Öffnung der unteren Platine die obere Platine ausweichen kann. Das Ober- und Unterteil weisen um diese Öffnung herum konzentrische Zacken auf, die durch plastische Verformung des Platinenmaterials dafür sorgen, daß der Bereich um die Öffnung herum nach außen abgedichtet ist.

Eine Schwierigkeit bei diesem Andocksystem ist, daß der Bereich der Platine, die am Andockstempel liegt, beim Ausformen des Formhohlraums ein Nachfließen des eingeklemmten Platinenrands nicht zuläßt. Von Nachteil ist ferner, daß sich das Wirkmedium durch den um die Öffnung herum durch plastische Verformung weitgehend abgedichteten und fest eingeklemmten Bereich selbst seinen Weg in den Zwischenraum zwischen den Platinen zum Formhohlraum gegen den Widerstand dieser auch zwischen den Platinen wirksamen Abdichtung suchen muß, was zu einer Zeitverzögerung bei der Einleitung des Wirkmediums und damit zu längeren Taktzeiten (Zykluszeiten) führt.

Die Erfindung geht von diesem Stand der Technik des Querandockens aus.

Die Erfindung betrifft demnach ein aus einem Ober- und einem Unterteil bestehendes und einen dazwischen ausgebildeten Formhohlraum aufweisendes Formwerkzeug für nach dem Innenhochdruckumformen herzustellende hohle Bauteile aus zwei an den Rändern verschweißten Blechplatinen, die an ihren Randbereichen zwischen dem Ober- und Unterteil einspannbar sind.

Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines hohlen Bauteils aus zwei an ihren umlaufenden Rändern miteinander verschweißten und hier zwischen einem Ober- und einem Unterteil eines Formwerkzeugs eingeklemmt gehaltenen Platinen durch Innenhochdruckumformen mit einem Wirkmedium, das über eine innerhalb der durchlaufenden Schweißnaht liegenden Öffnung in einer Platine über einen quer angedockten Andockstempel in den von den Platinen begrenzten Zwischenraum eingeleitet wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Werkzeug und ein Verfahren der genannten Art zu schaffen, das ein dichtes Andocken und ein Nachfließen der eingespannten Randbereiche der Doppelplatine in Richtung des Formhohlraums des Werkzeugs ermöglicht.

Vorrichtungsmäßig wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß im Oberteil ein Träger für einen der Zufuhr eines Wirkmediums zwischen die Blechplatinen dienenden Andockstempel in Richtung des Formhohlraums nach Art einer Kulissenführung verschiebbar gelagert ist, wobei der Andockstempel, der zum möglichst dichten Anschluß an die Blechplatinen ein konisches Mundstück und einen gegenüber der Stirnseite des konischen Mundstücks zurückversetzten Dichtungskragen aufweist, in dem Träger quer in Richtung der Einspannebene von Ober- und Unterteil vorschiebbar ist und im Werkzeug ein vom Andockort des Andockstempels ausgehender und bis zum Formhohlraum sich erstreckender Ausformkanal für die Bildung eines Zuführkanals für das Wirkmedium aus den Blechplatinen ausgebildet ist.

Verfahrensmäßig wird die Aufgabe insbesondere mit dem vorgenannten Werkzeug dadurch gelöst, daß vor Druckeinleitung der Andockstempel einerseits mit einem konischen Mundstück am Innenrand der Öffnung der einen Platine und andererseits mit einem gegenüber der Stirnseite des konischen Mundstücks zurückversetzten Dichtungskragen an der die Öffnung umgebenden Außenseite der Platine abdichtend angedrückt wird, daß bei Druckeinleitung mindestens eine Platine in einen Ausformkanal des Werkzeugs unter Bildung eines vom Andockort ausgehenden und bis zum Formhohlraum des Werkzeugs reichenden Kanals ausweicht, und daß das Werkzeug mit den an den Randbereichen eingeklemmten Platinen (1, 2) ein Nachfließen von Platinenwerkstoff in Richtung des Formhohlraums erlaubt, indem der beweglich im Werkzeug gelagerte Andockstempel mitgeführt wird.

Nach der Erfindung wird der Andockstempel selbst dicht an die mit der Andocköffnung versehene Platine angeschlossen, ohne daß es dazu einer sehr hohen Anpreßkraft des Andockstempels auf die beiden Platinen um den Andockort herum bedarf, wie es beim Stand der Technik der DE 44 27 140 C1 erforderlich ist. Deshalb kommt es auch nicht zu einer Abdichtung zwischen den Platinen um die Andocköffnung herum, wie sie bei diesem Stand der Technik, insbesondere durch die die Andockstelle ringförmig umschließenden Zacken, verursacht wird. Wegen Fehlens dieser Abdichtung ist es möglich, auf einem verhältnismäßig niedrigen Druckniveau von zum Beispiel 80 bar im Gegensatz zu 800 bar beim Stand der Technik von der Andocköffnung aus Wirkmedium unter Bildung eines Zuführkanals zwischen den Platinen in den Bereich der Platinen im Formhohlraum einzuleiten. Die Befüllung des aufzuweitenden Raums zwischen den Platinen im Formhohlraum erlaubt es, einen gewünschten Druck-Zeit- Verlauf vorzugeben, um bei vorgegebenen Werkstoffen und/oder einer vorgegebenen Hohlraumgeometrie den Umformvorgang optimal zu gestalten. Da der Andockstempel verschiebbar gelagert ist, bleiben beim Nachfließen von Material auch aus dem Bereich des Rands, wo der Andockstempel angedockt ist, die geometrischen Verhältnisse beim Nachfließen des Materials unverändert, so daß auch der dichtende Anschluß des Andockstempels erhalten bleibt.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Ausformkanal sich im Unterteil des Werkzeuges befindet. Das hat den Vorteil, daß das Wirkmedium selbst in der Anfangsphase der Einleitung des Wirkmediums ohne großen Widerstand den Zuführkanal zwischen den Platinen aufweiten kann.

Vorzugsweise ist der Andockstempel als druckmittelbeaufschlagter Kolben ausgebildet. Die Druckbeaufschlagung kann dabei entweder über ein unabhängiges Druckmedium und/oder gemeinsam mit dem Wirkmedium erfolgen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 ein Werkzeug im Querschnitt mit eingespannter Doppelplatine und angedocktem Andockstempel vor Einleitung eines Wirkmediums,

Fig. 2 das Werkzeug gemäß Fig. 1 im Querschnitt während der Einleitung eines Wirkmediums,

Fig. 3 das Werkzeug gemäß Fig. 1 im Querschnitt am Ende des Umformvorgangs,

Fig. 4 das Werkzeug gemäß Fig. 1 im ausschnittweisen Querschnitt am Andockort und

Fig. 5 das Werkzeug gemäß Fig. 1 im ausschnittweisen Querschnitt am Andockort in einer zu Fig. 4 abgewandelten Ausführung.

Das in der Zeichnung dargestellte Werkzeug zum Innenhochdruckumformen von Doppelplatinen, die aus zwei flach aufeinandergelegten, an ihren Rändern mit einer durchlaufenden Schweißnaht verschweißten Platinen 1, 2, einer sogenannten Doppelplatine, bestehen, setzt sich aus einem Oberteil 3 und einem Unterteil 4 zusammen. Beide Teile 3, 4 bilden zwischen sich einen Formhohlraum 5. Um die beiden Teile 3, 4 in der in den Fig. 1-3 dargestellten Stellung zu halten, sind in der Zeichnung nicht dargestellte Führungs- und Preßvorrichtungen vorgesehen. Im Oberteil 3 ist ein beweglicher Andockstempel 6 gelagert, über den ein Wirkmedium für das Innenhochdruckumformen zuführbar ist.

Nachdem eine Doppelplatine 1, 2 mit der umlaufend durchgehenden Schweißnaht und einer im einzuspannenden Randbereich innerhalb der Schweißnaht in einer der beiden Platinen 1, 2 liegenden Öffnung, beim Ausführungsbeispiel in der oberen Platine 1, hergestellt ist, wird die Doppelplatine 1, 2 in das Werkzeug 3, 4 eingelegt und die beiden Teile 3, 4 durch die Führungs- und Preßvorrichtungen zusammengefahren, so daß die Doppelplatine 1, 2 umlaufend in einem Randbereich eingeklemmt wird, wie Fig. 1 zeigt. Dann erfolgt das Querandocken, indem der Andockstempel 6 abdichtend an die Öffnung in der oberen Platine 1 angeschlossen wird (Fig. 1: Andockphase). Dann wird das Wirkmedium über den Andockstempel 6 und einen sich im Randbereich der Platinen 1, 2 aufweitenden Zuführkanal zwischen die Platinen eingeleitet, so daß sich die Doppelplatine 1, 2 im Formhohlraum 5 aufweitet (Fig. 2: Aufweitphase). Dabei kann Material aus den eingeklemmten Randbereichen der Doppelplatine 1, 2 einschließlich des Bereichs des Zuführkanals in Richtung des Formhohlraums 5 nachfließen. Die Mitführung des Andockstempels 6 unter Umständen mit Unterstützung von außen ist möglich, weil er in einer Führung beweglich im Oberteil 3 gelagert ist. Nachdem am Ende der Aufweitphase die Doppelplatine 1, 2 in den Randbereichen fester eingeklemmt worden ist, das heißt von hier kein Material mehr in den Formhohlraum nachfließen kann, weitet sie sich unter dem Einfluß des weiter eingeleiteten Wirkmediums weiter auf, bis sie den Formhohlraum 5 ganz ausfüllt und damit auch seine Form annimmt (Fig. 3: Kalibrierphase).

Einzelheiten des Andockstempels 6 und seiner beweglichen Lagerung im Oberteil 3 sind in den Fig. 4 und 5 dargestellt.

Gemäß Fig. 4 sind im Bereich des Andockstempels 6 im Unterteil 4 ein Gegenhalter 7 und ein Führungsteil 8 unbeweglich eingesetzt. In diesen beiden Teilen 7, 8 sind fluchtend ineinander übergehende Abschnitte eines Ausformkanals 9 ausgebildet. Im Oberteil 3 sitzt verschieblich ein Träger 10 für den Andockstempel 6, der mit einem Ansatz 10a in einer fest im Oberteil 3 sitzenden Führung 11 nach Art einer Kulissenführung gehalten ist. Der Andockstempel 6 ist als Zylinderkolben ausgebildet und in einem durch einen Deckel 12 verschlossenen Zylinderraum 13 axial beweglich geführt. Eine Schraubenfeder 14 beaufschlagt ihn in Richtung der Doppelplatine 1, 2. Die von der Schraubenfeder 14 ausgehende Kraft reicht aber nicht für ein Andocken aus. Deshalb ist vorgesehen, daß dem Zylinderraum 13 ein Druckmittel über eine Leitung 15 zuführbar ist. Dieses Druckmittel ist gleichzeitig das Wirkmedium für das Innenhochdruckumformen.

Der Andockstempel 6 weist an seiner der Doppelplatine zugekehrten Seite ein konisches Mundstück 6a auf, das den Abmessungen der Öffnung in der oberen Platine 1 angepaßt ist, um die Öffnung unter leichtem Aufweiten dicht anzuschließen. Außerdem ist an der zurückspringenden Stirnseite eine Ringdichtung 6b vorgesehen, die zusätzlich flächig an der Außenseite der oberen Platine 1 abdichten soll.

Sobald über die Leitung 15 ein Wirkmedium in den Zylinderraum 13 eingeleitet wird, beaufschlagt es den als Zylinderkolben ausgebildeten Andockstempel 6, so daß dieser mit dem konischen Mundstück 6a in die Öffnung der oberen Platine 1 eingeführt wird und mit der Dichtung 6b zusätzlich an der die Öffnung umgebenden Außenseite abgedichtet wird. Es ist eine Hubbegrenzung vorgesehen, damit der Stempel 6 einen gewissen Abstand vom Grund des Ausformkanals 9 behält. Das Wirkmedium gelangt über einen axialen Kanal 6c im Andockstempel 6 zwischen die Platinen 1, 2 und bewirkt, daß sich die untere Platine 2 im Ausformkanal 9 ausformt und Wirkmedium zwischen die beiden Platinen 1, 2 in den Formhohlraum 5 gelangen läßt. Entsprechend der beim Ausformen der Doppelplatine 1, 2 im Formhohlraum 5 benötigten Materialmenge fließt Material aus den eingeklemmten Randbereichen der Doppelplatine 1, 2 unter Mitnahme des Trägers 10 in den Formhohlraum 5 nach.

Mit diesem Andocksystem wird somit erreicht, daß der Andockstempel 6 dicht an die Doppelplatine 1, 2 angeschlossen wird, gleichzeitig aber ein Nachfließen des Materials aus den eingeklemmten Randbereichen der Doppelplatine 1, 2 nicht behindert wird.

Das Ausführungsbeispiel der Fig. 5 unterscheidet sich von dem der Fig. 4 nur in einer anderen Art der Wirkmedienzufuhr und der Druckbeaufschlagung des als Zylinderkolben ausgebildeten Andockstempels 6*. Wie beim Ausführungsbeispiel der Fig. 4 weist auch in diesem Fall der Andockstempel 6* einen axialen Kanal 6c* auf, über den das über eine Zuleitung 15* zugeführte Wirkmedium zwischen die Platinen 1, 2 gelangen kann. Dieses Wirkmedium beaufschlagt wie beim Ausführungsbeispiel der Fig. 4 den Andockstempel 6* in Richtung der Andockstelle und drückt ihn mit seinem konischen Mundstück 6a* und seiner Ringdichtung 6b* zur Abdichtung auf die Platinen 1, 2.

Zusätzlich zu der Druckbeaufschlagung des Andockstempels 6* über das über die Leitung 15 zugeführte Wirkmedium erfolgt eine weitere Druckbeaufschlagung des Andockstempels 6* in Richtung der Andockstelle. Dazu ist vorgesehen, daß der Andockstempel 6* als Ringkolben ausgeführt ist. Über eine Zuleitung 16 wird einem Ringraum 6d* das Druckmittel zur Druckbeaufschlagung des Ringkolbens zugeführt. Der Vorteil dieser getrennten Wirk- und Druckmedienzufuhr besteht darin, daß die für das dichte Andocken des Andockstempels 6 benötigte Kraft unabhängig von dem für das Innenhochdruckumformen benötigten Druck einstellbar ist.

Claims (6)

1. Aus einem Ober- (3) und Unterteil (4) bestehendes und einen dazwischen ausgebildeten Formhohlraum (5) aufweisendes Formwerkzeug für nach dem Innenhochdruckumformen herzustellende hohle Bauteile aus zwei an den Rändern verschweißten Blechplatinen (1, 2), die an ihren Randbereichen zwischen dem Ober- (3) und Unterteil (4) einspannbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß im Oberteil (3) ein Träger (10) für einen der Zufuhr eines Wirkmediums zwischen die Blechplatinen (1, 2) dienenden Andockstempel (6, 6*) in Richtung des Formhohlraums (5) nach Art einer Kulissenführung (11) verschiebbar gelagert ist, wobei der Andockstempel (6, 6*), der zum möglichst dichten Anschluß an die Blechplatinen (1, 2) ein konisches Mundstück (6a, 6a*) und einen gegenüber der Stirnseite des konischen Mundstücks (6a, 6a*) zurückversetzten Dichtungskragen (6b, 6b*) aufweist, in dem Träger (10) quer in Richtung der Einspannebene von Ober- (3) und Unterteil (4) vorschiebbar ist und im Werkzeug (3, 4) ein vom Andockort des Andockstempels (6, 6*) ausgehender und bis zum Formhohlraum (5) sich erstreckender Ausformkanal (9) für die Bildung eines Zuführkanals für das Wirkmedium aus den Blechplatinen (1, 2) ausgebildet ist.

2. Formwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausformkanal (9) im Unterteil (3) des Werkzeugs (3, 4) vorgesehen ist.

3. Formwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Andockstempel (6, 6*) als druckmittelbeaufschlagter Kolben ausgebildet ist.

4. Formwerkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Andockstempel (6, 6*) als Ringkolben für die unabhängige Zufuhr von Wirkmedium und Beaufschlagung mit Druck ausgebildet ist.

5. Verfahren zum Herstellen eines hohlen Bauteils aus zwei an ihren umlaufenden Rändern miteinander verschweißten und hier zwischen einem Ober- (3) und einem Unterteil (4) eines Formwerkzeugs eingeklemmt gehaltenen Platinen (1, 2) durch Innenhochdruckumformen mit einem Wirkmedium, das über eine innerhalb der durchlaufenden Schweißnaht liegende Öffnung in einer Platine (1) über einen quer angedockten Andockstempel (6, 6*) in den von den Platinen (1, 2) begrenzten Zwischenraum eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß vor Druckeinleitung der Andockstempel (6, 6*) einerseits mit einem konischen Mundstück (6a, 6a*) am Innenrand der Öffnung der einen Platine (1) und andererseits mit einem gegenüber der Stirnseite des konischen Mundstücks (6a, 6a*) zurückversetzten Dichtungskragen (6b, 6b*) an der die Öffnung umgebenden Außenseite der Platine (1) abdichtend angedrückt wird, daß bei Druckeinleitung mindestens eine Platine (2) in einen Ausformkanal (9) des Werkzeugs (3, 4) unter Bildung eines vom Andockort ausgehenden und bis zum Formhohlraum (5) des Werkzeugs (3, 4) reichenden Kanals ausweicht, und daß das Werkzeug (3, 4) mit den an den Randbereichen eingeklemmten Platinen (1, 2) ein Nachfließen von Platinenwerkstoff in Richtung des Formhohlraums (5) erlaubt, indem der beweglich im Werkzeug (3, 4) gelagerte Andockstempel (6, 6*) mitgeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal in der nicht gelochten Platine (2) ausgeformt wird.