DE4232161A1 - Verfahren zum Herstellen eines Hohlkörpers - Google Patents
Verfahren zum Herstellen eines HohlkörpersInfo
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Description
Als eines der Verfahren zur Herstellung eines Hohlkörpers ist bei
spielsweise das Innenhochdruckumformen bekannt und in der einschlägigen
Literatur beschrieben (DE-Z "Bänder Bleche Rohre" 6/1986, Seiten 117-120;
DE-Z "Bleche Rohre Profile" 35 (1988) 3, Seiten 175-180;
"Fortschrittsberichte" VDI Reihe 2 Nr. 142, VDI-Verlag; jeweils mit
Querverweisen zu weiterführendem Schrifttum).
Das Innenhochdruckumformverfahren wird vorzugsweise zur Herstellung
unterschiedlich geformter Hohlteile angewendet. Die Arbeitsweise ist
dabei dergestalt, daß ein Werkstück-Rohling in eine Form gelegt, unter
Zuhilfenahme eines geeigneten Hydraulik-Fluids mit hohem Innendruck
beaufschlagt und ggf. unter gleichzeitiger Beaufschlagung mit axialem
Druck auf die Rohrwandung umgeformt wird. Axialdruck und Innendruck
bewirken, daß sich der Werkstück-Rohling an die Innenkontur der Form
anlegt. Dabei wird der Werkstoff in den plastischen Zustand versetzt,
der während des gesamten Umformvorganges unter Berücksichtigung von
Werkstoffverfestigung und etwaiger Werkzeugkräfte aufrechterhalten
bleibt.
Da als Werkstück-Rohling regelmäßig Rohre (mit unterschiedlichem Durch
messer und Wandstärke) eingesetzt werden, ist trotz verschiedener
bekannter Varianten dieses Herstellungsverfahrens nicht jede beliebige
Werkstück-Endform erreichbar.
Dahingegend weiterführende Möglichkeiten eröffnen sich beispielsweise
gemäß DE 40 17 072 A1 dadurch, daß der Werkstück-Rohling vor dem ei
gentlichen Innenhochdruckumformprozeß vorgeformt, nämlich gebogen wird.
Eine weiterführende Flexibilität hinsichtlich der Formgebung des Werk
stück-Rohlinges ist mit der Verfahrensweise gemäß DE 17 52 852 C3 er
reichbar. Dort wird ein Verfahren zum Herstellen eines zwischen zwei
vorher durch Schweißen miteinander verbundenen Platinen unterschiedli
cher Härte ausgebildeten Kanalsystems beschrieben.
Die DE 18 07 269 C3 schließlich beschreibt ein Verfahren zur Herstel
lung eines ringförmigen Hohlkörpers durch Hochdruckumformen unter Ver
wendung eines Aufblasnadelwerkzeuges, wobei als Werkstück-Rohling zwei
randseitig miteinander verschweißte und vorher vorgeformte Blechteile
dienen.
Zwar eröffnen sich mit den vorstehend abgehandelten Dokumenten aus der
Patentliteratur eine Reihe von Möglichkeiten hinsichtlich der Formge
bung von Werkstück-Rohlingen; dem Grad des durch das Innenhochdruckum
formen möglichen Aufweitens sind aber Grenzen gesetzt, die sich bei
spielsweise aus der mechanischen Belastbarkeit der Schweißverbindungen
ergeben.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das bekannte Herstel
lungsverfahren in der Weise weiterzubilden, daß damit auch Hohlkörper
größerer Innenquerschnitte hergestellt werden können.
Dies gelingt erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Pa
tentanspruches 1. Ein zur Durchführung des Verfahrens besonders geeig
netes Werkzeug ist in Patentanspruch 5 angegeben.
Die Erfindung stellt sich somit als Kombination zweier Herstellungsver
fahren, nämlich - Hochdruckumformen - und - Tiefziehen - dar. Dabei ist
auch das Tiefziehen ein im Stand der Technik hinlänglich bekanntes
und ausgereiftes Umformverfahren.
Zwar ist es bereits aus der eingangs erwähnten DE 17 52 852 C3 bekannt,
bei der Herstellung eines Plattenwärmetauschers, insbesondere bei der
Herstellung einer kalibriert aufgeweiteten Anschlußstelle desselben,
das weitere Aufweiten einer Verengung der Anschlußstelle mittels eines
in diese eingeführten Kalibrierdornes gegen im Bereich der Verengung
außerhalb der Blechtafeln vorgesehene unterschiedliche mechanische
Widerstände vorzunehmen. Als solche kommen beispielsweise Hemmkissen
aus verschiedenen formbaren Materialien zum Einsatz. Der Gesamtverbund
kann dann von Stützplatten umfaßt und durch Klemmkräfte
zusammengehalten werden. Auch kann ein Hemmkissen durch eine starre
Abstützung ersetzt werden.
Aus diesem Stand der Technik könnte somit im weitesten Sinne die Maß
nahme abgeleitet werden, im Bereich der Schweißverbindung (hier durch
Warmwalzen) eine Abstützung bzw. Verklemmung der verbundenen Blechpla
tinen während des Hochdruckumformens vorzusehen. Die erfindungsgemäße
Vorgehensweise nach dem Kennzeichen des Patentanspruches 1 hingegen ist
durch diesen Stand der Technik nicht nahegelegt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in
den Unteransprüchen angegeben. Eine Ausführungsform der Erfindung wird
nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 einen Grundkörper eines herzustellenden Hohlkörpers in der
Draufsicht,
Fig. 2 eine Schnittdarstellung gemäß Pfeile II in Fig. 1,
Fig. 3 eine Schnittdarstellung gemäß Pfeile III in Fig. 1 und
Fig. 4 eine schematisierte Teil-Darstellung eines Werkzeuges zur Her
stellung des Hohlkörpers aus eingelegten, randseitig
verschweißten Platinen.
In den Fig. 1-3 ist ein Grundkörper 1 eines herzustellenden Hohlkör
pers gezeigt. Dabei kann es sich beispielsweise um die Grundform für
einen Fahrwerkslenker eines Kraftfahrzeuges handeln. Das erfindungsge
mäße Verfahren eignet sich unter anderem auch zur Herstellung von Fahr
werk-Rahmenteilen, Motor- bzw. Getriebehilfsrahmen, Längs- und Querträ
ger, Säulen, Schweller, Dachrahmen usw. als Teile oder Struktur einer
Kraftfahrzeugkarosserie.
Zur Herstellung des besagten Grundkörpers 1 werden zwei Blechplatinen
2, 3 gleicher oder unterschiedlicher Dicke bzw. Materialien mit identi
schen Randabmessungen aufeinandergelegt und randseitig mittels
Schweißverbindung 4, beispielsweise unter Zuhilfenahme des Laserstrahl
schweißens, miteinander verbunden. Selbstverständlich kann auch jedes
andere geeignete Schweißverfahren oder jede andere geeignete Verbin
dungsart (z. B. Löten, Kleben) angewendet werden. Bei der Herstellung
der Platinen 2, 3 werden gleichzeitig im dabei verwendeten Schneidwerk
zeug durch geeignete Niederhalter Ausformungen 5, 6 erzeugt, so daß ein
Kanal 7 entsteht, der ein leichteres Eindringen der Hochdruckflüssig
keit beim späteren Umformvorgang ermöglicht. Dabei kann der Querschnitt
dieses Kanales 7, wie die Fig. 2 und 3 zeigen, sich ohne weiteres
von einer Einfüllöffnung 8 ausgehend in seinem weiteren Verlauf verjün
gen.
Zum Einbringen der Hochdruckflüssigkeit kann, wie beispielsweise in der
eingangs abgehandelten DE 40 17 072 A1 beschrieben, ein konischer
Dorn/Lanze zum Einsatz kommen und an die Einfüllöffnung 8 angesetzt
werden, wobei Ringwülste der Abdichtung dienen.
Der in der geschilderten Weise hergestellte Grundkörper 1 wird sonach
für die Anwendung des Innenhochdruckumformprozesses in einer in Fig. 4
gezeigten Weise in ein entsprechendes Werkzeug eingelegt. Dieses be
steht im gezeigten Ausführungsbeispiel aus einem vertikal beweglichen
(Pfeil 17) Werkzeugoberteil 9 und einem Werkzeugunterteil 10, deren
sich gegenüberliegende Begrenzungsflächen 11, 12 entsprechend der ge
wünschten Form des späteren Hohlkörpers ausgeformt sind, also einen
Formhohlraum bilden.
Ein relativ breiter Randbereich 13, der die Schweißverbindung 4 ein
schließt, liegt auf einem Ziehkissen 14 auf, dem ein vertikal bewegli
cher (Pfeil 15) Blechhalter 16 gegenübersteht. Dem Blechhalter 16 sind
hier nicht gezeigte, bei Tiefziehpressen allerdings allgemein bekannte
Hydraulikeinheiten zugeordnet, um einen im Verlaufe des Umformprozesses
unterschiedlichen Blechhalterdruck auf die Platinen 2, 3 ausüben zu kön
nen. Eine solche Blechhalterdruckregelung ist aber nicht in jedem Falle
erforderlich. Dies kann z. B. von den verwendeten Platinenwerkstoffen
oder sonstigen Randbedingungen abhängen.
Bezüglich der Blechhalterdruckregelung während des Umformvorganges kann
beispielsweise auf den Inhalt der DE 37 44 177 C2 verwiesen werden, in
der ein Verfahren zum Herstellen von Tiefziehteilen, insbesondere von
Tiefziehblechen für Karosserieelemente von Kraftfahrzeugen, beschrieben
ist. Im Verlaufe des Aufweitens der Platinen 2, 3 zu einem Hohlkörper
kann so durch ggf. mehrfache Anpassung des Blechhalterdruckes bewirkt
werden, daß ein mehr oder weniger starker Materialeinlauf des Platinen
werkstoffes aus dem Randbereich 13 in den durch Werkzeugober- bzw.
Unterteil 9, 10 gebildeten Formhohlraum erfolgt.
Angewendet auf die vorliegende Erfindung erfolgt die Einleitung der
Umformbewegung nicht durch einen vertikal beweglichen Stempel, der auf
ein auf einer Matrize aufliegendes Tiefziehblech einwirkt, sondern
dadurch, daß an die Einfüllöffnung 8 der bereits eingangs in Zusammen
hang mit dem bekannten Stand der Technik (DE 40 17 072) angesprochene
Anschluß (Dorn/Lanze) für die Hohlraumbeaufschlagung mit Hochdruckflüssig
keit angesetzt wird.
In Ziehkissen 14 bzw. Blechhalter 16 können aus der Tiefziehtechnik
bekannte, beispielsweise wellenförmige Bremskonturen eingearbeitet
sein, um ein kontrolliertes Abbremsen des nachfließenden Platinenwerk
stoffes sicherstellen zu können. Es versteht sich, daß der Materialein
lauf in den Formhohlraum nur soweit erfolgt, als die randseitige
Schweißverbindung 4 in jedem Falle noch im Bereich von Ziehkissen 14
und Blechhalter 16 verbleibt, so daß durch die Einspannung der Schweiß
nahtbereich nur minimal durch z. B. Zugkräfte beansprucht wird und es
zu keiner Beschädigung der Schweißnahtverbindung 4 kommen kann.
Zusammenfassend läßt sich das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren
unter bevorzugter Verwendung des vorstehend beschriebenen Werkzeuges im
Detail durch folgende Schritte charakterisieren:
- - Herstellen der beiden den Grundkörper 1 bildenden Platinen 2, 3 mit Ausformungen 5, 6,
- - Fügen der Platinen 2, 3 in deren Randbereich im Ausgangszustand durch insbesondere Laserschweißen,
- - Einlegen des Grundkörpers 1 in das geöffnete Werkzeug,
- - Absenken von Werkzeugoberteil 9 und Blechhalter 16,
- - Ansetzen des Anschlusses (Dorn/Lanze) für die Hohlraumbeaufschlagung mit Hochdruckflüssigkeit an die Einfüllöffnung 8,
- - Umformen (Hochdruckumformen mit gleichzeitigem Materialnachlauf aus dem eingespannten Randbereich 13 in den Formhohlraum) des Grundkör pers 1 zu einem Hohlkörper,
- - Öffnen von Werkzeugoberteil 9 und Blechhalter 16 sowie Entfernen des Hochdruckflüssigkeits-Anschlusses (Dorn/Lanze),
- - Abtrennen des Hochdruckflüssigkeits-Anschlußbereiches (Einfüllöff nung 8) vom Hohlkörper, z. B. durch Sägen, Plasmaschneiden, Laser schneiden.
Letzteres könnte aber auch bei entsprechender Gestaltung von Werkzeug
und Einfüllöffnung 8 noch vor dem Öffnen der Werkzeugteile dadurch ge
schehen, daß die anliegende Hochdruckflüssigkeit in geeigneter Weise
für den Trennvorgang herangezogen wird.
Da der Hohlkörper aus unterschiedlichen Werkstoffen wie z. B. unbe
schichteter Stahl, verzinktes Blech, höherfeste Bleche oder auch Alumi
nium hergestellt sein kann und auch Platinen 2, 3 unterschiedlicher
Dicke verwendet werden können, sind die optimalen Verfahrensparameter
(z. B. Blechhalterdruckregelung, Umformgeschwindigkeit usw.) unter Ein
beziehung der beim Tiefziehverfahren einerseits und beim Hochdruckum
formen andererseits vorhandenen Erfahrungen anhand von Versuchen zu er
mitteln. Denkbar wäre, bei entsprechenden Werkstoffeigenschaften die
Platinen 2, 3 durch eine einzelne, gefaltete (180°) und am freien Rand
bereich verbundene (z. B. geschweißte) Platine zu bilden.
Auch wäre ohne weiteres denkbar, ein Werkzeug mit horizontal oder unter
einem bestimmten Winkel sich zueinander bewegenden Werkzeugteilen zu
verwenden.
Die die Hohlkörperkontur letztlich bestimmende Werkzeugform kann z. B.
auch dreigeteilt sein (anstatt zweigeteilt - Werkzeugoberteil 9 und
Werkzeugunterteil 10 - wie im Ausführungsbeispiel gezeigt).
Claims (6)
1. Verfahren zur Herstellung eines Hohlkörpers unter Verwendung eines
aus randseitig miteinander verbundenen Platinen (2, 3) hergestellten
Grundkörpers (1), gekennzeichnet durch die kombinierte Anwendung
des Innenhochdruckumformverfahrens und des Tiefziehverfahrens.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verfahrens
schritte:
- - Herstellung der beiden den Grundkörper (1) bildenden Platinen (2, 3),
- - Fügen der Platinen (2, 3) in deren Randbereich im Ausgangszustand mittels Schweißen,
- - Einlegen des Grundkörpers (1) in eine geöffnete Werkzeugform,
- - Schließen des Werkzeuges und Ansetzen eines Anschlusses (Dorn/ Lanze) für die Hohlraumbeaufschlagung mit Hochdruckflüssigkeit an eine Platinen-Einfüllöffnung (8),
- - Umformen des Grundkörpers (1) zu einem Hohlkörper,
- - Öffnen des Werkzeuges und Entfernen des Hochdruckflüssigkeits- Anschlusses (Dorn/Lanze),
- - Abtrennen des Hochdruckflüssigkeit-Anschlußbereiches (Einfüll öffnung 8) vom Hohlkörper.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der
Herstellung der Platinen (2, 3) diese mit einen Kanal (7) bildenden
Ausformungen (5, 6) versehen werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Platinen
(2, 3) des Grundkörpers (1) durch eine gefaltete (180°) und am
freien Randbereich verbundene einzelne Platine gebildet werden.
5. Werkzeug zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend
aus beweglichen und/oder stationären Werkzeugteilen (9, 10), deren
sich gegenüberliegende Begrenzungsflächen (11, 12) entsprechend der
gewünschten Form des späteren Hohlkörpers ausgeformt sind, weiter
hin bestehend aus einer Platinenhalterung (Ziehkissen 14, Blechhal
ter 16), die einen die Verbindungsstelle (Schweißverbindung 4) der
Platinen (2, 3) beinhaltenden Randbereich (13) des Grundkörpers (1)
mit einer vorgebbaren Klemmkraft hält und schließlich bestehend aus
einem mit Hochdruckflüssigkeit beaufschlagbaren und an die Plati
nen-Einfüllöffnung (8) ansetzbaren Anschluß (Dorn/Lanze).
6. Werkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Blechhal
ter (16) den Blechhalterdruck während des Umformvorganges regelnde,
an sich bekannte Hydraulikeinheiten zugeordnet sind.
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Publication number | Publication date |
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EP0589370A1 (de) | 1994-03-30 |
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