DE19911364C2

DE19911364C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Abdichtung der Enden von Hohlprofilen beim Innenhochdruckumformverfahren

Info

Publication number: DE19911364C2
Application number: DE1999111364
Authority: DE
Inventors: Bernd Schulze
Original assignee: Dr Meleghy Hydroforming GmbH and Co KG; Meleghy Hydroforming GmbH and Co KG
Current assignee: TOWER AUTOMOTIVE HYDROFORMING GMBH & CO. KG, 09125
Priority date: 1999-03-15
Filing date: 1999-03-15
Publication date: 2001-11-15
Anticipated expiration: 2019-03-16
Also published as: EP1038604A1; DE19911364A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abdichtung der Enden von Hohlprofilen beim Innenhochdruckumformverfahren nach dem Oberbegriff des 1. und 10. Patentanspruchs.

Es sind zahlreiche Einrichtungen zum Innenhochdruckumformen bekannt, bei welchen die Enden der rohrförmigen Teile mit Nachschiebezylindern (auch als Abdichtdorn bezeichnet) abgedichtet werden, die in das rohrförmige Teil eingreifen und auch das Druckmedium zuführen. Derartige Lösungen werden unter anderem beschrieben in DE 196 42 824 A1, EP 0 849 011 A1, EP 0 800 874 A1, EP 0 760 264 A1. Dabei besteht das grundlegende Problem darin, daß - zwischen den Nachschiebezylindern und dem Rohr eine sehr hoher Form- und Maßgenauigkeit zu gewährleisten ist, um eine genügende Abdichtung zwischen diesen beim Innenhochdruckumform verfahren zu erzielen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abdichtung der Enden von Hohlprofilen beim Innenhochdruckumformverfahren zu entwickeln, mit denen die Verwendung derartiger Nachschiebestempel vermieden, und eine zuverlässige Abdichtung gewährleistet wird.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des 1. und 10. Patentanspruchs gelöst.

Dabei wird das Hohlprofil bekannter Weise in ein Innenhochdruckumformwerkzeug eingelegt und in diesem durch die Zuführung eines Druckmittels umgeformt. Erfindungsgemäß werden die Enden des Hohlprofils vor der Durchführung des Innenhochdruckumformverfahrens (IHV) druckmitteldicht verpreßt. Die Zuführung des Druckmediums erfolgt dabei entweder durch den verpreßten Bereich des Ausgangsteiles oder durch dessen Wandung. In ersten Fall wird vor dem Verpressen des Endbereiches in den Endbereich eine Kanüle zur Druckmittelzuführung in das Ausgangsteil eingelegt. Zur Gewährleistung und Optimierung des Werkstoffflusses kann ein Ende des Ausgangswerkstückes entlang der Langsachse des Ausgangswerkstückes bewegbar sein.

Es ist auch möglich, dazu die beiden verpressten Enden wahrend des Innenhochdruckumformens aufeinanderzu zu bewegen.

Die Vorrichtung zur Abdichtung der Enden von Hohlprofilen beim Innenhochdruckumformverfahren (IHV) besteht bekannter Weise aus einem das Ausgangswerkstück aufnehmendem Umformwerkzeug, welches im wesentlichen aus zwei eine Gravur entsprechend der zu erzeugenden Kontur des Ausgangswerkstücks aufweisenden, und aufeinanderzu - bewegbaren Werkzeughälften gebildet wird und eine Druckmittelzuführung für das Druckmedium aufweisen. Erfindungsgemäß ist mindestens einem Endbereich des Ausgangswerkstückes ein quer zur Längsachse des Ausgangswerkstückes bewegbares Element zugeordnet, welches vor dem Innenhochdruckumformen das Ende des Hohlprofils druckmitteldicht verpreßt.

Das Element kann aus einem mit einer ersten Preßfläche versehenem Abdichtelement bestehen, das in Richtung zu einer im Umformwerkzeug angeordneten zweiten Preßfläche verschiebbar ist. Die beiden Abdichtelemente können beide auch aufeinander zubewegbar ausgebildet sein.

Die Druckmittelzuführung durch die Wandung des Ausgangswerkstückes in dessen Innenraum kann in der Art einer die Wandung nach dem Einlegen des Ausgangswerkstückes in das Umformwerkzeug durchstoßenden Kanüle ausgebildet sein.

Es ist auch möglich, die Druckmittelzuführung durch eine vor dem Einlegen des Ausgangswerkstückes in dessen Wandung erzeugten Bohrung in den Innenraum des Ausgangswerkstückes zu führen.

Weiterhin kann die Druckmittelzuführung auch als ein an der Wandung des Ausgangswerkstückes fest befestigtes Druckzuführungselement ausgebildet sein, wobei in dessen Bereich die Wandung mit einer Bohrung versehen ist.

Die Druckmittelzuführung kann auch zwischen den beiden Preßflächen hindurchführen. Weist die durch die Preßflächen ragende Druckmittelzuführung in Richtung des Innenraumes des Ausgangswerkstückes eine Erweiterung des Außenmaßes auf, kann nach dem Innenhochdruckumformverfahren und dem Öffnen der Abdichtelemente durch die Erweiterung des Außenmaßes das verpreßte Ende aufgeweitet werden und durch die damit erzeugte Öffnung das Druckmedium abfließen. Vorteilhafter Weise ist in den Preßflächen der Abdichtelemente eine Aussparung zur Aufnahme der Druckmittelzuführung angeordnet. Die verpreßten Enden können nach dem Innenhochdruckumformverfahren vom Werkstück abgetrennt werden. Es ist möglich, daß durch den abzutrennenden verpreßten Endbereich führende Element zur Druckmittelzuführung in diesem zu belassen und in den nachfolgend umzuformenden Werkstück ein neues Element zur Druckmittelzuführung einzusetzen.

Zur Unterstützung des Werkstoffflusses kann ein das Ende des Ausgangswerkstückes verpressendes Element in Richtung der Längsachse des Ausgangswerkstückes verschiebbar im Umformwerkzeug angeordnet sein. Alternativ können auch beide die Enden des Ausgangswerkstückes verpressenden Elemente zur Unterstützung des erforderlichen Werkstoffflusses im Umformwerkzeug verschiebbar angeordnet sein.

Die Abdichtelemente könne separat oder auch einstückig mit den Werkzeughälften ausgebildet sein, so daß bei einstückiger Ausbildung mit dem Schließen beider Werkzeughälften gleichzeitig die Enden des Ausgangsteils verpreßt werden.

Mit der Erfindung wird eine einfache, kostensparende und zuverlässige Lösung zur Abdichtung der Enden von Hohlprofilen beim Innenhochdruckumformverfahren geschaffen. Die Verwendung teurer Nachschiebestempel wird vermieden und die mit diesen Nachschiebestempeln verbundenen Probleme der Abdichtung zur Innenwandung des Hohlprofiles ausgeschlossen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1: Innenhochdruckumformwerkzeug in geöffnetem Zustand mit eingelegtem Ausgangsteil (Hohlprofil),

Fig. 2: Innenhochdruckumformwerkzeug in geschlossenem Zustand mit verpreßten Enden und zwischen den Abdichtelementen eingelegter Druckzuführung vor dem Innenhochdruckumformen,

Fig. 3a: Schnitt A-A gem. Fig. 2,

Fig. 3b: Draufsicht auf das Ausgangsteil mit den verpreßten Enden gem. Fig. 2,

Fig. 4: Innenhochdruckumformwerkzeug gem. Fig. 2 nach dem Innenhochdruckumformen,

Fig. 5: Innenhochdruckumformwerkzeug mit Druckmittel zuführung über eine die Wandung durchstoßende Kanüle,

Fig. 6: Innenhochdruckumformwerkzeug mit einstückiger Ausbildung der beiden Werkzeughälften und der Abdichtelemente,

Fig. 7a: Doppelkammerprofil mit rechteckigem Querschnitt,

Fig. 7b: Doppelkammerprofil mit einem verpreßten Ende,

Fig. 8: Doppelkammerprofil im Innenhochdruckumformwerkzeug nach dem Innenhochdruckumformen

Das Innenhochdruckumformwerkzeug besteht gem. Fig. 1, 2, 4 und 5 aus einer ersten Werkzeughälfte 1, und einer zweiten Werkzeughälfte 2, die im geschossenen Zustand (Fig. 2, 4, 5) eine geschlossene Gravur 3 entsprechend der zu erzeugenden Form des Werkstücks bilden.

In Fig. 1 ist das Innenhochdruckumformwerkzeug geöffnet und das Ausgangswerkstück W in Form eines Hohlprofils eingelegt. Beidseitig von den Werkzeughälften 1 und 2 sind die Abdichtelemente 4.1 und 4.2 paarweise angeordnet. Im Ausgangswerkstück W wurde eine Druckmittelzuführung 5 positioniert, die mit einem nicht dargestellten Hydraulikaggregat zur Druckerzeugung verbunden ist. Die Werkzeughälften 1 und 2 sind rechtwinklig zur Achse A des Ausgangswerkstückes schließbar. Die Abdichtelemente 4.1 und 4.2 sind ebenfalls rechtwinklig zur Achse A des Ausgangswerkstückes W aufeinanderzu bewegbar und weisen Pressflächen P1. P2 auf. Vor, während oder nach dem Schließen der Werkzeughälften 1, 2 verpressen die Abdichtelemente 4.1 und 4.1 mit ihren Pressflächen P1, P2 die Enden des Ausgangswerkstückes W druckmitteldicht. Das Werkzeug ist nun gem. Fig. 2 vollständig geschlossen, durch die beiden Abdichtelemente 4.1 reicht durch das Ende des Ausgangswerkstückes W die Druckmittelzuführung 5 in den Innenraum des Ausgangswerkstückes W. Die Druckmittelzuführung 5 weist an ihrem sich im Innenraum des Ausgangswerkstückes befindlichen Ende eine Verbreiterung 5.1 auf. Durch die Druckmittelzuführung 5 wird ebenfalls die Entlüftung realisiert.

Den Schnitt A-A gem. Fig. 2 zeigt Fig. 3a. Die Abdichtelemente 4.1 weisen jeweils einen dem Verlauf der Außenkontur des Querschnitts der Druckmittelzuführung 5 folgende Aussparung 4.1a auf, die hier rechteckig ausgebildet ist. Der Abstand zwischen Aussparung 4.1a und Druckmittelzuführung 5 ist der Blechdicke des Werkstückes W angepaßt und muß im geschlossenen Zustand des Werkzeuges das druckmitteldichte Verschließen zwischen der Außenfläche der Druckmittelzuführung 5 und dem verpreßten Ende des Ausgangswerkstückes W gewährleisten.

In Fig. 3b wird das Ausgangswerkstück W mit den verpreßten Enden in der Draufsicht gezeigt. Die Preßflächen P sind schraffiert dargestellt.

Das Innenhochdruckumformwerkzeug nach dem Innenhochdruck umformen zeigt Fig. 4. Die Wandung des umgeformten Werkstücks Wu hat sich durch das über die Druckmittelzuführung 5 in den Innenraum des Werkstücks unter Hochdruck zugeführte Druckmedium D an die Gravur 3 angelegt.

Nach dem Öffnen der Werkzeughälften 1, 2 und der Abdichtelemente 4.1, 4.2 kann die Druckmittelzuführung 5 aus dem umgeformten Werkstück Wu axial herausgezogen werden, wodurch mit dem verbreiterten Ende 5.1 der Druckmittelzuführung 5 das durch die Preßbacken 4.1 verpreßte Ende aufgeweitet wird und das Druckmedium D durch diese Öffnung ablaufen kann.

Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante kann die Zuführung des Druckmediums D auch über eine Druckmittelzuführung 5 in der Art einer Kanüle 7 erfolgen (Fig. 5). Die Kanüle 7 durchbricht dabei die Wandung des Ausgangswerkstückes bzw. des umgeformten Werkstücks Wu und ist ebenfalls mit einem Hydraulikaggregat (nicht dargestellt) verbunden. Gleichzeitig führt durch die Kanüle 7 die Entlüftung.

In Fig. 6 ist ein Innenhochdruckumformwerkzeug dargestellt, bei welchem die Abdichtelemente 4.1, 4.2 mit den Werkzeughälften 1 und 2 einstückig ausgebildet sind. Beide Werkzeughälften 1, 2 sind senkrecht zur Achse des Werkstücks geteilt und bei Anfang des Umformverfahrens in definiertem Abstand L zueinander angeordnet. Bei beginnendem Innenhochdruckumformverfahren wird der Abstand L verringert, bis der Spalt geschlossen ist. Die Druckmittelzuführung 5 in Form der Kanüle 7 und die in der Kanüle 7 integrierte Entlüftung durchstößt die Wandung des Werkstücks W in dem deformierten Randbereich. In der unteren Werkzeughälfte 2 ist ein Lochstempel 8 angeordnet, der einen Durchbruch im Werkstück zum Ablauf des Druckmediums erzeugt.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der zugehörigen Vorrichtung ist es auch möglich, Ausgangswerkstücke W in Form von Doppelkammerprofilen, ähnlich wie in Fig. 7a dargestellt, mit zwei Kammern W1, W2 mit rechteckigem Querschnitt und einer dazwischenliegenden Wandung W3, oder auch andere Formen von Doppelkammerprofilen, durch Innenhochdruckumformen partiell aufzuweiten, ohne komplizierte Nachschiebezylinder einsetzen zu müssen.

In Fig. 7b wird als Prinzipskizze das Ausgangswerkstück W als Zweikammerprofil mit einem verpressten Ende gezeigt. In jede Kammer W1, W2 hindurch führt eine Kanüle 7 als Druckmittelzuführung 5.

Das Zweikammerprofil in einem Innenhochdruckumformwerkzeug nach dem Innenhochdruckumformen wird in Fig. 8 dargestellt. Die Abdichtelemente 4.1, 4.2 und die Werkzeughälften 1, 2 sind einstückig ausgebildet. Die Abdichtelemente 4.1, 4.2 verschließen die Enden des Doppelkammerprofils druckmitteldicht. Um ein Reißen der Wandung des Ausgangswerkstücks W zu verhindern sind in Richtung zum Doppelkammerprofil vom Bereich der Preßfläche P1, P2 der Abdichtelemente 4.1, 4.2 bis zur oben bzw. untenliegenden Fläche der beiden Werkzeughälften 1, 2 die Übergänge mit einem Radius R versehen. In dieser Darstellung ist zusätzlich eine zum Werkstück weisende Schräge S zwischen den Radien R angeordnet.

In jede Kammer des Doppelkammerprofiles ragt eine Kanüle 7 für die Druckmittelzuführung 5. Die Außenwände des Doppelkammerprofils wurden durch den Druck des Druckmediums D an die Gravur 3 der Werkzeughälften 1, 2 gepreßt.

Die zwischen den beiden Kammern W1, W2 querliegende Wand W3 hat im wesentlichen ihre Lage beibehalten. Nach dem Innenhochdruckumformen werden die Werkzeughälften 1, 2 und somit die Abdichtelemente n 4.1 und 4,2 geöffnet und die Kanülen 7 aus dem Doppelkammerprofil herausgezogen. Die deformierten Enden des Doppelkammerprofils können nun entfernt werden.

Claims

1. Verfahren zur Abdichtung der Enden von Hohlprofilen beim Innenhochdruckumformverfahren (IHU), wobei das Aushangswerkstück (W) in Form eines Hohlprofils in ein Umformwerkzeug eingelegt und in diesem durch die Zuführung eines Druckmittels umgeformt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden des Hohlprofils vor der Durchführung des Innenhochdruckumformverfahrens druckmitteldicht verpreßt werden, wobei die Zuführung des Druckmittels über eine durch den verpressten Endbereich des Hohlprofils oder durch die Werkstückwandung reichende Druckmittelzuführung (5) erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Verpressen des Endbereiches in den Endbereich eine Kanüle (7)zur Druckmittelzuführung in das Ausgangswerkstück (W) eingelegt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Verpressen des Endbereiches eine Kanüle (7) zur Druckmittelzuführung durch die Werkstückwandung in den Innenraum des Ausgangswerkstückes (W) eingeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanüle (7) zur Druckmittelzuführung durch die Werkstückwandung des verpreßten Bereiches in den Innenraum des Ausgangswerkstückes (W) eingeführt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche von 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die verpreßten Enden nach dem IHU vom Werkstück abgetrennt werden.

6. Vorrichtung zur Abdichtung der Enden von Hohlprofilen beim Innenhochdruckumformverfahren (IHU) mit einem das Ausgangswerkstück (W) aufnehmendem Umformwerkzeug, welches im wesentlichen aus mindestens zwei eine Gravur (3) entsprechend der zu erzeugenden Kontur des Werkstücks aufweisenden, Werkzeughälften (1, 2) besteht und eine Druckmittelzuführung für das Druckmedium aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einem Endbereich des Ausgangswerkstückes (W) ein quer zur Längsachse des Ausgangswerkstückes (W) bewegbares Abdichtelement (4.1, 4.2) zugeordnet ist, welches vor den Innenhochdruckumformen das Ende des Hohlprofils druckmitteldicht verpreßt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdichtelement (4.1, 4.2) mindestens zwei aufeinanderzu bewegbare Pressflächen (P1, P2) aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Druckmittelzuführung (5) durch die Wandung des Ausgangswerkstückes (W) in dessen Innenraum führt.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche von 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Wandung führende Druckmittelzuführung (5) in der Art einer die Wandung nach dem Einlegen des Ausgangswerkstückes (W) in das Umformwerkzeug durchstoßenden Kanüle (7) ausgebildet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche von 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmittelzuführung (5) durch eine in der Wandung des Ausgangswerkstückes (W) angeordnete Bohrung in den Innenraum des Ausgangswerkstücks (W) geführt wird.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche von 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmittelzuführung (5) als ein an der Wandung des Ausgangswerkstückes (W) fest befestigtes Druckzuführungselement (8) ausgebildet ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche von 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Druckmittelzuführung (5, 7) durch ein oder beide verpreßten Enden in den Innenraum des Ausgangswerkstücks (W) führt.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche von 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmittelzuführung (5, 7) im geschlossenen Zustand des Werkzeugs zwischen den beiden Preßflächen (P1, P2) hindurchführt.

14. Vorrichtung nach Anspruch 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Preßflächen (P1, P2) führende Druckmittelzuführung (5, 7) in Richtung des Innenraumes des Ausgangswerkstückes (W) ein Erweiterung des Außenmaßes aufweist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche von 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Preßflächen (P1, P2) der Abdichtelemente (4.1, 4.2) eine Aussparung zur Aufnahme der Druckmittelzuführung (5, 7) aufweisen.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche von 6 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtelemente (4.1, 4.2) einstückig mit den Werkzeughälften (1, 2) ausgebildet sind, so daß mit dem Schließen beider Werkzeughälften (1, 2) automatisch die Enden des Ausgangswerkstückes (W) verpresst werden.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche von 6 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß eine Entlüftung vorgesehen ist, die separat ausgebildet oder mit einer Druckmittelzuführung (5, 7, 8) kombiniert ist.