DE19846323A1

DE19846323A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Umformen eines Hohlprofils o. dgl. Werkstückes auf dem Wege des Innenhochdruck-Umformens

Info

Publication number: DE19846323A1
Application number: DE1998146323
Authority: DE
Inventors: Joerg Hein; Aslan Goeger
Original assignee: Alusuisse Lonza Services Ltd; Alusuisse Technology and Management Ltd
Current assignee: 3A Composites International AG
Priority date: 1998-10-08
Filing date: 1998-10-08
Publication date: 2000-04-20

Abstract

Bei einem Verfahren zum Umformen eines als Ein- oder Mehrkammerprofil ausgebildeten Hohlprofils o. dgl. Werkstückes mittels eines in seinem abgedichteten und von einem Stempel übergriffenen Profilraum durch ein strömbares Wirkmedium erzeugten Innenhochdrucks wird wenigstens ein Dichtungselement durch das Wirkmedium aus einem es aufnehmenden Raum radial nach außen geführt und an eine zwischen dem Hohlprofil sowie dem an dieses angeschlagenen Stempel bestehende Fuge angelegt; das Wirkmedium wird aus dem Raum für das Dichtungselement in den Profilraum eingelegt. Dazu ist am Umfang eines in den Profilraum einführbaren Stempelteils oder Stempelabsatzes wenigstens eine Ringnut vorgesehen und in dieser ein Dichtungselement gelagert, das zur Stempellängsachse hin zumindest einen Zuführraum für das Wirkmedium überspannt sowie durch dieses vom Zuführraum abhebbar und in der Nut radial nach außen bewegbar angeordnet ist. Der in den Profilraum einführbare Stempelabsatz ist an eine ihn radial überragende Schulterfläche des Stempels angefügt, wobei letztere als Anschlag für eine Stirnkante des Hohlprofils dient und mit dieser eine Fuge begrenzt, an welche das als Dichtungsring gestaltete Dichtungselement durch das Wirkmedium angelegt werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Umformen eines als Ein- oder Mehrkammerprofil ausgebil deten Hohlprofils od. dgl. Werkstückes mittels eines in seinem abgedichteten und von einem Stempel übergriffenen Profilraum durch ein strömbares Wirkmedium erzeugten Innen hochdrucks.

Beim sog. Innenhochdruck-Umformen (IHU-Verfahren) wird das Hohlprofil durch Innendruck ausgedehnt. Zusätzlich kann das Hohlprofil mittels wenigstens eines Stempels nachgeschoben werden, der am Werkstück stirnseitig angreift. Letzteres kann so aufgeweitet, gestaucht bzw. expandiert werden.

Bei einem Doppel- oder Mehrkammerprofil dehnen sich dessen Stege zwischen den einzelnen Kammern anders aus als die üb rigen Wandungen. Scharfe Ecken oder plötzliche Wand dickenänderungen im Werkstück führen zudem zu ungleich mäßiger Verformung beim Kalibrieren.

Es ist bekannt, die Stirnseiten des Hohlprofils abzudich ten, um in diesem den Hochdruck zu halten. Bisherige Dicht verfahren bedienen sich konisch geformter PUR- oder Stahl dichtstempel, die in das Hohlprofil eingefahren werden. Sie vermögen die ungleichmäßige Verformung nicht auszugleichen und verschleißen schnell durch die beim Einfahren in das Hohlprofil auftretende Reibung. Weicht die Form des Profils zu stark von den Sollwerten ab, muss die Dichtung noch wei ter einfahren, was den Verschleiß erhöht; andernfalls kann sie gar nicht mehr abdichten.

In Kenntnis dieser Gegebenheiten hat sich der Erfinder das Ziel gesetzt, die Dichtmöglichkeiten zwischen der Paarung aus Hohlprofil und Stempel zu verbessern.

Zur Lösung dieser Aufgabe führen die Lehren der unabhängi gen Patentansprüche; die Unteransprüche geben günstige Wei terbildungen an. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschrei bung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale.

Erfindungsgemäß wird wenigstens ein - ringartig ausgebil detes - Dichtungselement durch das Wirkmedium aus einem es aufnehmenden Raum radial nach außen geführt und an eine zwischen dem Hohlprofil sowie dem an dieses angeschlagenen Stempel bestehende Fuge angelegt; das Wirkmedium wird dabei aus dem Raum für das Dichtungselement in den Profilraum eingeleitet. Als günstig hat sich - wenigstens - ein Druckventil im Strömungsweg des Wirkmediums zwischen dem das Dichtungselement aufnehmenden Zuführraum sowie dem Pro filraum erwiesen, das bei dem Druck geöffnet wird, unter welchem das Dichtungselement seine Dichtfunktion erfüllt; es soll den Einlauf eines größeren Volumenstroms oder ein verlustärmeres Einlaufen des Wirkmediums in den Profilraum ermöglichen.

Insbesondere zur Durchführung dieses Verfahrens dient eine Vorrichtung, bei der am Umfang eines in den Profilraum ein führbaren Stempelteils oder Stempelabsatzes wenigstens eine Ringnut vorgesehen und in dieser ein ringartiges Dichtungselement gelagert ist, das zur Stempellängsachse hin zumindest einen Zuführraum für das Wirkmedium überspannt sowie durch dieses vom Zuführraum abhebbar und in der Ringnut radial nach außen bewegbar angeordnet ist.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der in den Profilraum einführbare Stempelabsatz an eine ihn radial überragende Schulterfläche des Stempels angefügt; letztere dient als Anschlag für eine Stirnkante des Hohlprofils und begrenzt mit dieser eine Fuge, an welche der Dichtungsring durch das Wirkmedium angelegt zu werden vermag.

Das ringförmige Dichtungselement befindet sich also auf einem Absatz des Stempels in jener Dichtungsnut, an der eine weitere Nut als Innennut verläuft, die das Wirkmedium führt. Das Wirkmedium strömt in die Innennut unter das Dichtungselement und weitet dieses auf, bis es sich vor jene Fuge legt. Nun strömt das Wirkmedium über die Innen kante der Dichtungsnut - oder über Bohrungen - in das Werkstück ein. Die Bohrungen können so angeordnet oder die Innenkante kann so ausgeformt sein, dass das Wirkmedium erst in das Werkstück bzw. den Profilraum fließt, wenn das Dichtungselement an diesen kritischen Stellen der Fuge an liegt.

Während des Kalibrierens passt sich die elastische Dichtung der sich beim Umformen ändernden Gestalt des Hohlprofils bzw. des Werkstücks an. Wird der Druck im Werkstück wieder abgebaut, geht die Dichtung in ihre Ausgangslage zurück; Stempel und Dichtung können wieder reibungslos aus dem Werkstück ausgefahren werden.

Mit der Erfindung werden u. a. die folgenden Vorteile er reicht:

1. es erfolgt ein berührungsloses Einfahren, also ver schleißarmes Abdichten;
2. Toleranzen des Hohlprofils oder Werkstücks werden durch die Dichtung kompensiert;
3. es wird keine zusätzliche Dichtkraft erforderlich;
4. es erfolgt ein Ausgleich ungleichmäßiger Ausdehnung des Hohlprofils während des Kalibriervorgangs durch die Dichtung;
5. ein Nachschieben mit Stempel ist ohne zusätzlichen Verschleiß der Dichtung möglich.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines be vorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in

Fig. 1: einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung;

Fig. 2: einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 1 in zu dieser geänderter Betriebsstellung.

Beim sogenannten Innenhochdruck-Umformen (IHU) wird ein Hohlprofil 10 durch einen in seinem Profilraum 12 herr schenden Innendruck aufgeweitet. Zusätzlich kann das Hohl profil 10 mittels eines an seiner Stirnkante 14 angreifen den Stempels 16 axial nachgeschoben werden.

Um den Hochdruck im Profilraum 12 zu halten, muss die Stirnkante 14 des Hohlprofils 10 am Stempel 16 abgedichtet anschlagen. Hierzu ist der Stempel 16 mit einer radialen Schulterfläche 18 eines Außendurchmessers d versehen, an welche ein zylindrischer Stempelabsatz 20 eines kleineren Durchmessers d₁ anschließt. Die Höhe der zur Längsachse A des Stempels 16 parallelen Umfangsfläche 22 des zylindri schen Stempelabsatzes 20 ist in Fig. 1 mit h bezeichnet.

Am Übergang der ringförmigen Schulterfläche 18 zum Stempel absatz 20 ist in dessen Umfangsfläche 22 eine Ringnut 24 zur Aufnahme eines Dichtungsringes 26 eingeformt. Unter diesem verläuft eine in das Tiefste - also den Nutboden 27 - der Ringnut 24 eingeformte sowie zum Querschnitt der Ringnut 24 einer Breite b beidseits abgestufte Innennut 25 geringerer Breite e. Von dieser gehen - im dargestellten Ausführungsbeispiel sechs - Radialkanäle 28 aus, die andernends bei 29 in eine zentrische Ausnehmung 30 des Stempels 16 münden. Der Querschnitt dieser an sich zylin drischen Ausnehmung 30 verjüngt sich nahe der Stempelinnen fläche 17 in einem Bereich 32 konisch zu einem Axial- oder Ausflusskanal 34 hin.

Zur Durchführung einer Verformung des Hohlprofils 10 fährt der Stempel 16 mit seinem Dichtungsring 26 reibungslos in dieses Werkstück bzw. Hohlprofil 10 ein; dabei entsteht zwischen letzterem sowie der radialen Schulterfläche 18 des Stempels 16 eine zu dichtende Fuge 36. Durch die Radialka näle 28 strömt aus der zentrischen Ausnehmung 30 in die be schriebene - als Zuführraum dienende - abgestufte Innen nut 25 ein Wirkmedium und weitet den Dichtungsring 26 auf; dieser legt sich vor jene Fuge 36, und das Wirkmedium strömt gemäß Pfeil in Fig. 2 über die Innenkante 23 der Ringnut 24 - oder über Bohrungen - in den Profilraum 12 ein. Sowohl die Innenkante 23 als auch die nicht darge stellten Bohrungen können so ausgebildet sein, dass das Wirkmedium erst in den Profilraum 12 fließt, wenn der Dich tungsring 26 an den kritischen Stellen vor der Fuge 36 - diese abdichtend - liegt.

Nicht wiedergegeben ist ein in den Axialkanal 34 einsetzbares Druckventil. Diesees wird so eingestellt, dass es sich bei jenem Druck öffnet, unter welchem der Dichtungsring 26 der Dichtkante anliegt, und so den Einlauf eines größeren Volumenstroms oder den verlustärmeren Einlauf des Wirkmediums in den Profilraum 12 zuläßt.

Während des Kalibrierens des Hohlprofils 10 passt sich der Dichtungsring 26 aus elastischem Werkstoff 26 der sich än dernden Gestalt des Hohlprofiles 10 an. Wird in diesem der Druck abgebaut, geht der Dichtungsring 26 in seine Aus gangslage in die Ringnut 24 zurück, so dass der Dichtungs ring 26 mit dem Stempel 16 wieder reibungslos aus dem Pro filraum 12 ausgefahren zu werden vermag.

Claims

1. Verfahren zum Umformen eines als Ein- oder Mehrkam merprofil ausgebildeten Hohlprofils od. dgl. Werk stückes (10) mittels eines in seinem abgedichteten und von einem Stempel (16) übergriffenen Profilraum (12) durch ein strömbares Wirkmedium erzeugten Innenhochdrucks, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Dichtungselement (26) durch das Wirkmedium aus einem es aufnehmenden Raum (24) radial nach außen geführt und an eine zwischen dem Hohlpro fil (10) sowie dem an dieses angeschlagenen Stempel (16) bestehende Fuge (36) angelegt wird, wobei das Wirkmedium aus dem Raum für das Dichtungselement in den Profilraum (12) eingeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein zwischen dem das Dichtungselement (26) auf nehmenden Raum (24) und den Profilraum (12) im Strö mungs- oder Fließweg des Wirkmediums angeordnetes Druckventil bei dem Druck, unter dem das Dichtungs element dichtend anliegt, geöffnet wird.

3. Vorrichtung zum Umformen eines als Ein- oder Mehrkam merprofil ausgebildeten Hohlprofils od. dgl. Werk stückes (10) mittels eines in seinem abgedichteten und von einem Stempel (16) übergriffenen Profilraum (12) durch ein strömbares Wirkmedium erzeugten Innenhochdrucks, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, dass am Umfang (22) eines in den Profilraum (12) einführbaren Stempelteils oder Stempelabsatzes (20) wenigstens eine Ringnut (24) vorgesehen und in dieser ein Dichtungselement (26) gelagert ist, das zur Stempellängsachse (A) hin zumindest einen Zuführraum (25) für das Wirkmedium überspannt sowie durch dieses vom Zuführraum abhebbar und in der Nut radial nach außen bewegbar angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der in den Profilraum (12) einführbare Stempel absatz (20) an eine ihn radial überragende Schulter fläche (18) des Stempels (16) angefügt ist, wobei letztere als Anschlag für eine Stirnkante (14) des Hohlprofils (10) dient und mit dieser eine Fuge (36) begrenzt, an welche das als Dichtungsring gestaltete Dichtungselement (26) durch das Wirkmedium anlegbar ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn zeichnet, dass an die Ring- oder Dichtungsnut (24) eine weitere Nut (25) als Zuführraum für das Wirkme dium anschließt, die durch zumindest einen im Stempel (16) verlaufenden Kanal (28) an eine Quelle für das Wirkmedium anschließbar ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Nut (25) als Innennut in das Tiefste (27) der Ring- oder Dichtungsnut (24) eingeformt und letzterer radial zugeordnet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Innennut (25) mit einer zen trischen Ausnehmung (30) des Stempels (16) durch etwa radiale Kanäle (28) verbunden ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrische Ausnehmung (30) zum Profilraum (12) hin in einen an der Stempelinnen fläche (17) mündenden Ausflusskanal (34) übergeht.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausflusskanal (34) mit einem Druckventil versehen ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich die zentrische Ausnehmung (30) zum Ausflusskanal (34) hin verjüngt.