Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kraftfahrzeugachsgehäusen
gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches
1 und eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß
dem Oberbegriff des Patentanspruches 20.
Ein gattungsgemäßes Verfahren bzw. eine gattungsgemäße Einrichtung
ist aus der DE-OS 28 16 750 bekannt. Beim bekannten Verfahren
wird ein Rohr gleichförmigen Durchmessers in ein geteiltes
Innenhochdruck-Umformwerkzeug eingelegt, wonach dies geschlossen
und das Rohr beiderends abgedichtet wird. Danach wird
ein Fluiddruck in das Rohr eingeleitet, durch den dieses unter
gleichzeitigem Nachschieben der Rohrenden derart aufgeweitet
wird, daß es sich gemäß der Ausbildung der von den Matrizen des
Umformwerkzeuges gebildeten Gravur an diese anlegt. Das Nachschieben
der Rohrenden erfolgt in einer Relativbewegung der Enden
zu den festehenden Matrizen, wodurch aufgrund der dabei
zwischen dem Rohr und den Matrizen entstehenden Reibung zur
Reibungsverminderung das Rohr außenseitig mit einem Schmiermittel
behandelt wird. Bei diesem wird aus einem Rohr ein Achsgehäuse
eine Kraftfahrzeuges hergestellt, das von Achshälften und
einem dazwischenliegenden Differentialgehäuseteil gebildet
wird. Die Umformung eines Rohres partiell zu einem kugelförmigen
Differentialgehäuseteil erfordert sehr hohe Umformgrade,
wobei das Nachschieben des Rohrmaterials aus dessen Endbereichen
in nur sehr begrenztem Umfang die Materialausdünnung im
Bereich des sich ausbildenden Differentialgehäuseteils auffangen
kann. Die Ausschußrate an den so gefertigten Achsgehäusen
ist demnach hoch, so daß die beschriebene Fertigungsart dadurch
aus Kostengründen nicht akzeptabel ist. Um die Duktilität des
Werkstoffes zu erhöhen und um damit bei der Fertigung höhere
Umformgrade prozeßsicher zu ermöglichen, wird hierzu vorgeschlagen,
das Werkzeug und/oder die Druckflüssigkeit zu beheizen.
Dies ist jedoch zum einen apparativ sehr aufwendig. Zum
anderen ist eine gleichmäßige Temperaturverteilung über die
Länge des umzuformenden Rohres bzw. Hohlprofiles hinweg in für
sinnvolle Produktionszeiten vertretbarem Rahmen praktisch nicht
möglich, wodurch das umzuformende Hohlprofil eine höchst ungleichmäßige
Duktilität erhält, so daß ein Bersten des Hohlprofiles
beim Aufweiten die Regel ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes
Verfahren bzw. eine gattungsgemäße Einrichtung dahingehend weiterzubilden,
daß ein Achsgehäuse von Kraftfahrzeugen in einfacher
Weise prozeßsicher hergestellt werden kann.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches
1 hinsichtlich des Verfahrens und durch die Merkmale
des Patentanspruches 20 hinsichtlich der Einrichtung gelöst.
Dank der Erfindung wird durch die vorhergehende Abplattung des
Hohlprofiles im Bereich des auszuformenden Differentialgehäuseteils
zum einen das Hohlprofil in eine Aufweitrichtung von vorneherein
gestreckt und zum anderen im Anschlußbereich zur Abplattung
in Umfangsrichtung verlaufend mit einer Wölbung versehen,
wodurch dort der Anfangsradius der späteren Ausbauchung
der Endform angenähert vorgebogen wird. Des weiteren wird durch
die Abplattung Material zum Restumfang hinverschoben, so daß
beim anschließenden Aufweitstauchen genügend Hohlprofilmaterial
zur Verfügung steht, um eine Ausdünnung der Hohlprofilwandung
weitgehend zu verhindern, was wesentlich zur schadensfreien,
d.h. prozeßsicheren Innenhochdruck-Umformung beiträgt. Da durch
die abplattende Vorverformung das Hohlprofil in den Ausbauchbereich
hinein verformt wird, kann trotz gleichbleibend hohem Umformgrad
von der Ausgangsform zur ausgebauchten Endform aufgrund
der erreichten abgeplatteten Zwischenform, von der aus
zur Erreichung der Endform durch die Innenhochdruck-Umformung
ein erheblich geringerer Umformgrad erforderlich ist, in einfacher
Weise das voluminöse Differentialgehäuseteil am Hohlprofil,
was zu dessen Fertigung große Umformgrade erfordert, schadensfrei
hergestellt werden, ohne daß durch Bersten des Hohlprofiles
infolge des Versagens des Hohlprofilmaterials während
des Innenhochdruck-Umformvorganges Teileausschuß produziert
wird. Die starre Abstützung der Abplattung während des gesamten
Umformprozesses sichert das Vorhalten des Hohlprofilmaterials
für den Innenhochdruck-Umformprozeß, wobei die Endform an -
entsprechend der Anzahl der Abplattungsstellen - zumindest einer
Umfangsstelle im Bereich des Differentialgehäuseteils abgeplattet
bleibt. Mit dem Verfahren können somit Achsgehäuse von
Kraftfahrzeugen durch die Konturtreuheit bei der Umformung mittels
Innenhochdruck hochpräzise, d.h. toleranzfrei prozeßsicher
herstellgestellt werden.
Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteransprüchen
entnommen werden; im übrigen ist die Erfindung anhand
mehrerer in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele
nachfolgend näher erläutert; dabei zeigt:
Fig. 1a ein erfindungsgemäß in ein Achsgehäuse umgeformtes
Hohlprofil mit eingezogenen Profilenden mit einem Deckel und
einem Gewindering für das Differentialgehäuseteil in einer Seitenansicht, Fig. 1b das Achsgehäuse aus Fig. 1a in einer axial zum Hohlprofil
gerichteten Sichtweise, Fig. 2 die Vorrichtung zum Innenhochdruck-Umformen der erfindungsgemäßen
Einrichtung zur Herstellung eines Achsgehäuses in
einer seitlichen Längsschnittdarstellung in der Arbeitsstellung
mit in das Werkzeugteil der Vorrichtung eingelegtem abgeplattetem
Hohlprofil, Fig. 3 die Vorrichtung aus Fig. 2 in einer seitlichen Längsschnittdarstellung
in der Folgearbeitsstellung mit eingezogenen
Hohlprofilenden und Abdichtung des Hohlprofiles, Fig. 4 die Vorrichtung aus Fig. 3 in einer seitlichen Längsschnittdarstellung
in einer Folgearbeitsstellung während des
erfindungsgemäßen Aufweitstauchens des Hohlprofiles, Fig. 5a ein erfindungsgemäß in ein Achsgehäuse umgeformtes
Hohlprofil mit eingezogenen Profilenden mit einem Gewindering
für das Differentialgehäuseteil in einer Seitenansicht, Fig. 5b das Achsgehäuse aus Fig. 5a in einer axial zum Hohlprofil
gerichteten Sichtweise, Fig. 6a ein Achsgehäuse, das aus zwei umgeformten Hohlprofilen
zusammengefügt ist, mit einem Gewindering für das Differentialgehäuseteil
in einer Seitenansicht, Fig. 6b das Achsgehäuse aus Fig. 6a in einer axial zum Hohlprofil
gerichteten Sichtweise, Fig. 6c ein das Differentialgehäuseteil bildendes erfindungsgemäß
umgeformtes Hohlprofil vor dem Zusammenbau zum Achsgehäuse
aus Fig. 6a in einer Seitenansicht, Fig. 6d ein erfindungsgemäß umgeformtes Hohlprofil, das nach
mittiger Trennung die Achshälften des Achsgehäuses aus Fig. 6a
bildet, in einer Seitenansicht.
In Fig. 1a und 1b ist ein mittels Innenhochdruck zu einem Achsgehäuse
eines Kraftfahrzeuges, insbesondere eine Nutzfahrzeuges
umgeformtes längliches (Länge: 1-2 m) Hohlprofil 1 dargestellt,
das sich in drei Abschnitte 2,3,4 gliedert. Die Abschnitte 2
und 3 sind rohrförmig ausgebildet und bilden die Achshälften
des Achsgehäuses, wobei der jeweilige Abschnitt 3 sich an den
das Hohlprofilende bildenden Abschnitt 2 unmittelbar und konzentrisch
aufgeweitet anschließt. Der Übergang zum Abschnitt 3
verläuft dabei flach konisch. Der sich auf der vom Hohlprofilende
abgewandten Seite des Abschnittes 3 unmittelbar anschließende
den mittleren Bereich des Hohlprofiles 1 bildende Abschnitt
4 ist hier lotrecht zur Längserstreckung unter Bildung
des Differentialgehäuseteils des Achsgehäuses ausgebaucht und
ist, wie aus Fig. 1b zu ersehen ist, quer zur Ausbauchrichtung
beiderseits abgeplattet.
An der Stelle der Abplattungen weist das Hohlprofil 1 durch einen
Trennvorgang mittels einer Trennvorrichtung der erfindungsgemäßen
Einrichtung, beispielsweise eines robotergeführten
Schneidlasers eine Öffnung auf, die einerseits nach Einbau des
Differentials durch Anschraubung eines entsprechend den ausladenden
Abmessungen des Differentials ausgebildeten bauchigen
Deckels 5 mittels einer dafür vorgesehenen automatisierten Vorrichtung
der Einrichtung lösbar verschlossen wird. Eine Anklebung
des Deckels 5 oder eine Anschweißung ist ersatzweise ebenfalls
denkbar. Auf der anderen gegenüberliegenden abgeplatteten
Seite 6 des Bereichs 8 des Differentialgehäuseteils ist ein die
Öffnung umgebender Gewindering 7 angeschweißt, an dem das Differential
befestigt wird. Denkbar ist - alternativ zum Vorhergegangenen
- gemäß der Fig. 5a und b die Abplattung nur einseitig
vorzusehen, so daß es bei der Innenhochdruck-Umformung auch
zu einer Ausbauchung in von der Abplattung weg weisender, der
Flächennormalen der abgeplatteten Seite des Hohlprofiles 1 folgender
Richtung kommt. Diese Ausbauchung bildet dabei quasi einen
in das Hohlprofil 1 integrierten Deckel 5, wodurch dieser
als separat zu fertigendes und zu montierendes Zusatzbauteil
unter Erleichterung des Fertigungs- und Montageaufwandes für
das Achsgehäuse entfallen könnte. Aufgrund des dabei normalerweise
sehr hohen realen Umformgrades ist ein Achsgehäuse nach
dem Ausführungsbeispiel der Fig. 5a und b im wesentlichen bei
der Ausbildung relativ flacher Differentialgehäuseteile prozeßsicher
herstellbar.
Die Fig. 2-4 zeigen die einzelnen Arbeitsstationen zur Herstellung
des in Fig. 1 dargestellten Achsgehäuses. Gemäß Fig. 2
wird ein im Bereich 8 des auszuformenden Differentialgehäuseteils
an zwei gegenüberliegenden Umfangsbereichen abgeplattetes
Hohlprofiles 1 mit länglicher, schlanker, linearer rohrförmiger
Ausgangsform in ein Werkzeugteil 9 eines Innenhochdruck-Umformwerkzeuges
10 eingelegt, wobei die Trennebene des Werkzeugteils
9 längs der Hohlprofilachse 14 verläuft.
Die Abplattung wird mit einer Abplattvorrichtung in einer vom
Umformwerkzeug 10 separat angeordneten Arbeitsstation hergestellt.
Es ist jedoch denkbar, daß die Abplattung erst beim
Schließen des zweigeteilten in zwei den Bereich 8 umgebenden
Matrizen 11,12 geteilten Werkzeugteiles 9 durch eine entsprechende
Gestaltung der Matrizengravur 13 erzeugt wird. Dies hat
zum Vorteil, daß anstatt zweier Fertigungsvorrichtungen, der
Abplattungsvorrichtung und des Werkzeugteiles 9, nur ein einziges
Herstellungswerkzeug erforderlich ist, da die Abplattungsvorrichtung
im Werkzeugteil 9 integriert ist. Dies erspart zum
einen Investitionskosten, zum anderen ist das Hohlprofil 1 mit
der erzeugten Abplattung exakt für das spätere Innenhochdruckumformen
im Werkzeugteil 9 lagedefiniert angeordnet.
Die obere Matrize 12 wird durch einen hydraulischen Antrieb zur
Anlage an die untere Matrize 11 hinverfahren, wonach die
Schließstellung des Werkzeugteiles 9 erreicht ist. Die Matrizengravur
13, die die Umformgravur des Werkzeugteiles 9 des Innenhochdruck-Umformwerkzeuges
10 für den Bereich 8 bildet, ist
entsprechend des herzustellenden Differentialgehäuseteils formnegativ
ausgebildet und weist entsprechend der jeweiligen Abplattung
einen ebenen Bereich auf, an dem diese in Schließstellung
des Werkzeugteils 9 anliegt. Dieser ebene Bereich kann
auch gleichzeitig die Abplattvorrichtung bilden. Der ebene Bereich
liegt während des gesamten Umformprozesses unverrückbar
an der Abplattung an, so daß diese beibehalten wird. Die Gravur
13 des Werkzeugteils 9 ist von dessen Rand ausgehend bis zum
Scheitelpunkt des Bereiches 8 hin flach ansteigend eingewölbt,
so daß bei dem Herstellungsprozeß für das Differentialgehäuseteil
nur große Radien im Werkzeugteil 9 vorliegen, an denen
sich das Hohlprofil 1 anlegt. Aufgrund der großen Radien wird
die Reibung des Hohlprofils 1 während des Ausbauchens im Bereich
8 des Differentialgehäuseteils gering gehalten und es
entsteht keine Abstreckkante. Dies trägt vorteilhaft dazu bei,
daS ein ausbauchendes Umformen des Hohlprofiles 1 mit höheren
Umformgraden möglich ist, ohne daß dieses im Umformprozeß Schaden
nimmt.
Die Matrizen 11,12 besitzen zwei vom Rand ausgehende gegenüberliegende,
zur Gravur 13 hinführende, in der Trennebene des
Werkzeugteils 9 gelegene halbzylindrische Aussparungen, die gemeinsam
in Schließstellung des Werkzeugteils 9 zwei in dessen
Trennebene gegenüberliegend und randseitig angeordnete Durchführungen
15 bilden, in denen das in das Werkzeugteil 9 eingelegte
Hohlprofil 1 umfänglich umschlossen gehalten ist. Gleichzeitig
durchragt das Hohlprofil 1 die Durchführungen 15 beiderends.
Um beim Aufweitstauchen an den Durchführungen 15 möglichst
wenig Reibung zu erzeugen, sind die Matrizen 11,12 des
Werkzeugteils 9 derart ausgebildet, daß sie lediglich mit einem
schmalen Randstreifen 16 in Schließstellung aneinander anliegen.
Die Matrizen 11,12 weisen des weiteren eine radial zum Hohlprofil
1 gerichtete, in die Gravur 13 mündende zentrale Führungsbohrung
17 auf, in der ein Stützstempel 18 relativ zur Lage der
Matrize 11,12 verschiebbar geführt ist. Der Stützstempel 18
trägt an seiner dem eingelegten Hohlprofil 1 zugewandten Stirnseite
19 die für den zentralen Abschnitt der Umformgravur 13
der jeweiligen Matrize 11,12 entsprechende Kontur und liegt in
der Schließstellung des Werkzeugteils 9 an dem Hohlprofil 1 an.
Dabei dient der Stützstempel 18 als Gegenhalter für das sich
ausbauchende Hohlprofil 1, wobei er mit einem Hydraulikantrieb
20 versehen ist, der mit einer Steuerung für den Innenhochdruck
und die Bewegung der unten erwähnten Hohlprofilaufnahmen korreliert
ist. Mittels dieses während des Aufweitstauchens durch
den Antrieb 20 radial nach außen ausweichend verschiebbaren
Stützstempels 18 ist die Ausbauchbewegung des Hohlprofils 1
kontrollierbar, so daß der Mittelteil der Bereiches 8 des Differentialgehäuseteils
gleichmäßig mit dessen Randteil umgeformt
wird und somit eine sukzessive Anlage an der Gravur 13 vom Rand
der Matrize 11,12 aus erfolgt, wodurch Risse am sich umformenden
Hohlprofil 1 durch vorzeitige Materialausdünnung im Mittelteil
verhindert werden.
Es ist jedoch auch denkbar, auf derartige Stützstempel 18 zu
verzichten und keine Abstützung des Hohlprofiles 1 im Bereich 8
des Differentialgehäuseteils vorzusehen. Dabei wird die Fertigung
der Gravur 13 vereinfacht, die nun ohne Unterbrechung
durchgängig verläuft. Des weiteren fällt der Antrieb 20 und die
damit verbundene Steuerung der Stützstempel 18 weg, was den apparativen
Aufwand erheblich schmälert. Die Anordnung dieser
starr ausgebildeten Gravur 13 ist beispielsweise bei relativ
flachen Differentialgehäuseteilen verwendbar.
In der Schließstellung des Werkzeugteils 9 wird jeweils eine
bezüglich des Werkzeugteils 9 gesondert angeordnete Hohlprofilaufnahme
21,22, die mit den Hohlprofilenden fluchten, von Hydraulikzylindern
23 angetrieben an die Hohlprofilenden herangefahren.
Die beiden Hohlprofilaufnahmen 21,22 sind hohlzylindrisch
ausgebildet, wobei jede der beiden Hohlprofilaufnahmen
21,22 sich aus einem Führungsgehäuse 25 und einer Hülse 26 zusammensetzt.
Das Führungsgehäuse 25 ist mit dem Hydraulikzylinder
23 verbunden und besitzt eine zentrale Durchführung 27 sowie
einen die Durchführung 27 umgebenden Ringraum 28.
Die Hülse 26 ist im Ringraum 28 zwischen zwei Anschläge bildenden
gegenüberliegenden Stirnseiten 29,30 des Ringraumes 28
axial verschiebbar geführt. Das dem Werkzeugteil 9 abgewandte
Ende 31 der Hülse 26 ist druckbelastet, wobei sich an diesem
Ende 31 und an der gegenüberliegenden Stirnseite 29 des Ringraumes
28 eine Druckfeder 32 abstützt. Dieses Ende 31 weist
einen Ringbund 40 auf, der in der Arbeitsstellung der Fig. 2
mit der der Druckfeder 32 abgewandten Seite an der Stirnseite
30 des Ringraumes 28 anliegt. Das andere Ende 33 der Hülse 26
durchragt das Führungsgehäuse 24 zum Werkzeugteil 9 hin. Die
rückseitige Druckbelastung der Hülse 26 kann auch hydraulisch
oder pneumatisch erfolgen.
Die Durchführung 27 des Führungsgehäuses 25 ist bezüglich der
rohrförmigen Ausgangsform des Hohlprofiles 1 konturgleich ausgebildet,
weist jedoch einen kleineren Querschnitt bzw. einen
kleineren Durchmesser auf. Am werkzeugteilzugewandten Ende 34
weist die Durchführung 27 einen Zentrierkonus 35 auf, an den
sich unmittelbar eine in der Hülse 26 ausgebildete Durchführung
36 übergangslos anschließt. Die bezüglich der Ausgangsform des
Hohlprofiles 1 ebenfalls konturgleiche Durchführung 36 weist
einen um ein geringes Spiel größeren Querschnitt bzw. Durchmesser
auf als die rohrförmige Ausgangsform des Hohlprofiles 1.
Die Hohlprofilaufnahme 21,22 kann anstatt einem zweiteiligen,
aus einem Führungsgehäuse 25 und einer in diesem verschiebbaren
Hülse 26 bestehenden Bauteil einstückig ausgebildet sein, wobei
die Druckfeder 32 und der Ringraum 28 entfallen. Die starre
Hohlprofilaufnahme 21,22 weist vergleichsweise baulich vereinfacht
nur zwei Bauteilabschnitte mit Durchführungen unterschiedlichen
Durchmessers auf, die sich aneinander über einen
konisch zum Werkzeugteil 9 hin öffnenden Übergang anschließen.
Die Durchmesser sind relativ zu dem der Ausgangsform des Hohlprofiles
1 - wie oben erwähnt - entsprechend bemessen.
Die Durchführung 27 des Führungsgehäuses 25 der Hohlprofilaufnahmen
21,22 ist rückseitig von einem Nachschiebestempel 37
verschlossen, der in ihr mittels eines separaten Antriebs
fluiddicht verschiebbar geführt ist. Der Nachschiebestempel 37
weist stirnseitig einen konisch sich verjüngenden Zapfen 38
auf, zwischen dessen Anschrägung und der Durchführungswandung
39 des Führungsgehäuses 25 das in die Hohlprofilaufnahme 21,22
einzuschiebende Hohlprofil 1 dichtend einklemmbar ist. Innerhalb
des Nachschiebestempels 37 verläuft ein Fluidkanal, der
einerseits über den Hochdruckfluidanschluß mit einer Fluidhochdruckerzeugungsanlage
verbunden ist und andererseits durch den
Zapfen 38 axial hindurch in die Hohlprofilaufnahme 21,22 mündet,
wonach das eingeschobene Hohlprofil 1 mit dem Druckfluid
befüllbar und mit Hochdruck beaufschlagbar ist.
Falls ein Nachschieben von Hohlprofilmaterial während des Innenhochdruckumformens
nicht erforderlich ist, kann der Zapfen
38 auch an einem an der Hohlprofilaufnahme 21,22 rückseitig angeordneten
Boden angeformt sein, der die Durchführung 27 verschließt
und der einen Fluidhochdruckanschluß aufweist. Die
Durchführung 27 wird hierbei von einer Sackbohrung ersetzt. Der
Nachschiebestempel 37 und seine Ansteuerung können dadurch unter
Verringerung des apparativen Aufwandes entfallen.
Die Hohlprofilaufnahmen 21,22 werden nun gemäß Fig. 3 durch die
Hydraulikzylinder 23 in Pfeilrichtung weiter aufeinanderzu verfahren,
wobei die Hohlprofilenden aufgrund des etwas größeren
Durchmessers der Durchführung 36 der Hülse 26 in diese eingeschoben
werden. Bei weiterem Verfahren der Aufnahmen 21,22 werden
die Hohlprofilenden über den Zentrierkonus 35 der Durchführung
27 in diese eingeführt, wobei infolge der Einwirkung der
hinsichtlich der Hohlprofilenden mit kleinerem Durchmessers behafteten
Durchführung 27 und der Schubkraft der Zylinder 23 die
Enden eingezogen werden. Gleichzeitig wird der Nachschiebestempel
37 in Richtung des Werkzeugteils 9 verschoben, wobei er in
das Hohlprofilende eingesteckt wird und so dessen Form im wesentlichen
aufrechterhält. Darüber hinaus wird dabei ein Kraftschluß
zwischen dem Zapfen 38 des Nachschiebestempels 37 und
dem Hohlprofil 1 einerseits und zwischen diesem und der Durchführungswandung
39 des Führungsgehäuses 25 der Aufnahmen 21,22
erreicht, durch den das Hohlprofil 1 zum einen gehalten ist und
zum anderen eine fluiddichte Abdichtung erhält.
Das Hohlprofilende ist von der Hohlprofilaufnahme 21,22 gänzlich
umschlossen. Durch den Einzug des Hohlprofilendes wird
dessen Durchmesser auf bis zu 30% des Durchmessers der Ausgangsform
verkleinert, wodurch das Hohlprofil 1 nach der abschließenden
Innenhochdruck-Umformung die drei Abschnitte 2,3,4
unterschiedlich großen Querschnittes erhält. Ausgehend von dem
Hohlprofilende als Abschnitt 2 kleinsten Durchmessers ist der
Umformgrad bezüglich des mit der Ausbauchung versehenen Abschnittes
4 sehr groß, jedoch ist der Umformgrad ausgehend vom
Abschnitt 3, der einen größeren Durchmesser besitzt, und von
dem aus die eigentliche Aufweitung ausgeht, geringer. Somit
kann das Hohlprofil 1 im Innenhochdruck-Umformwerkzeug 10 insgesamt
mit sehr hohen Umformgraden umgeformt werden. Für die
praktische Handhabung wird ein Hohlprofil 1 mit größerem Durchmesser
als Ausgangsform gewählt als dieser für den fertigungs- und/oder
montagetechnischen Anschluß der Achshälftenenden an
weitere Bauteile geeignet ist. Den geeigneten Durchmesser besitzt
dann das Hohlprofil 1 an seinen Enden durch den Einzug im
Innenhochdruck-Umformwerkzeug 10.
Während des Einschiebens des Hohlprofiles 1 in die Aufnahme
21,22, das erst nach Anlage des Endes 33 der Hülse 26 an der
diesem zugewandten Stirnseite 41 des Werkzeugteils 9 beendet
ist, wird, um unerwünschte, unkontrollierte beim Einschieben
schubinduzierte Auffaltungen zu vermeiden, das Hohlprofil 1 vom
Stützstempel 18 im Bereich des Differentialgehäuseteils abgestützt.
Nach dem Einschieben der Hohlprofilenden in die Hohlprofilaufnahmen
21,22 wird das Hohlprofil 1 über den im Nachschiebestempel
37 verlaufenden Fluidkanal mit einem Druckfluid befüllt und
mit Innenhochdruck von etwa 200-600 bar beaufschlagt. Gleichzeitig
wird das Führungsgehäuse 25 der Hohlprofilaufnahme 21,22
mittels des Hydraulikzylinders 23 entgegen der Druckkraft der
sich an der Hülse 26 abstützenden Druckfeder 32 weiter zum
Werkzeugteil 9 hin, welche dabei zusammengedruckt wird, verschoben
(Fig. 4). Durch die kraftschlüssige Umgreifung des
Hohlprofiles 1 an dessen Enden durch das Führungsgehäuse 25,
die durch die umfängliche Anpressung mittels des Innenhochdruckes
noch begünstigt wird, wird das Hohlprofil 1 in einem mittels
des Hydraulikzylinders 23 betriebenen Stauchvorgang zusammengeschoben,
ohne daß es zu reibungserzeugenden Relativbewegungen
zwischen der Hohlprofilaufnahme 21 bzw. 22 und dem Hohlprofil
1 kommt. Um die wirkungsvolle Abdichtung des Hohlprofiles
1 trotz des Verschiebens seiner Enden weiter zu gewährleisten,
wird der Nachschiebestempel 37 entsprechend dem Vorschub
des Führungsgehäuses 25 nachgeführt.
Aufgrund der Stauchbewegung und der gleichzeitigen Beaufschlagung
mit Innenhochdruck wird das Hohlprofil 1 im Werkzeugteil 9
zu einem Differentialgehäuseteil ausgeformt, wobei sich das
Hohlprofilmaterial an die Gravur 13 der Matrizen 11,12 zumindest
annäherungsweise anlegt. Mit der Stauchbewegung werden die
Stützstempel 18 gemäß der Pfeilrichtung radial nach außen ausweichend
zurückgefahren, wobei sie zur kontrollierten Umformung
im Bereich 8 des Differentialgehäuseteils während des gesamten
Umformvorganges am Hohlprofil 1 anliegen und in der Endstellung
des Fertigungsablaufes bündig in den Gravurverlauf mit ihrer
Stirnseite 19 eingepaßt sind. Während des Aufweitstauchens des
Hohlprofiles 1 im Bereich 8 werden auch gleichzeitig die Abschnitte
2 und 3, also die Achshälften, in geringem Maße aufgeweitet,
die sich an die Durchführungswandungen 39 und 42 des
Führungsgohäuses 25 und der Hülse 26 anschmiegen. Hierbei werden
beim Einziehen am Abschnitt 2 des Hohlprofiles 1 entstandene
Formveränderungen in der Kontur gemäß der gewünschten Form
egalisiert. Der Abschnitt 3 bleibt hinsichtlich seines Durchmessers
im wesentlichen unverändert.
Um zusätzlich Hohlprofilmaterial zum Bereich 8 hin zu liefern
kann während des Aufweitstauchens der das Hohlprofilende auch
stirnseitig beaufschlagende Nachschiebestempel 37 in einer Relativbewegung
zur Hohlprofilaufnahme 21,22 weiter zum Werkzeugteil
9 hin verschoben werden. Es ist alternativ auch denkbar,
nach dem Aufweitstauchen und bei bestehendem Innenhochdruck
Hohlprofilmaterial der Hohlprofilenden mittels der Nachschiebestempel
37 zum Bereich 8 hin zu verschieben.
Zum Abschluß des Umformvorganges, bei dem das Hohlprofil 1
durch das Aufweitstauchen zu einer der Endform hinsichtlich
Kontur und Querschnittsgröße grob angenäherten Zwischenform umgeformt
wird, kann dann unter Steigerung des Innennochdruckes
auf 1000-3000 bar die Zwischenform zur Endform aufweitend kalibriert
werden.
Nach Beendigung des Umformprozesses werden der Fluiddruck entspannt
und mittels der Hydraulikzylinder 23 die Hohlprofilaufnahmen
21,22 zurückgefahren, wobei sich die Druckfeder 32 wieder
entspannen kann. Da das umgeformte Achsgehäuse an seinem
Differentialgehäuseteil von den Matrizen 11,12 festgehalten
wird, werden beim Zurückfahren der Aufnahmen 21,22 die Hohlprofilenden
und somit die Achshälften aus dem durch das Einziehen
und das Innenhochdruck-Umformen erzeugten Preßsitz an der
Durchführungswandung 39 und 42 in einfacher Weise herausgelöst.
Schließlich werden die Matrizen 11,12 aus dem Bereich 8 heraus
zurückgefahren, wodurch sich das Werkzeugteil 9 öffnet und das
fertigumgeformte Achsgehäuse entnommen werden kann.
Im übrigen ist am Hohlprofil 1 eine einseitige Abplattung denkbar,
wonach das Aufweitstauchen erfolgt. Dabei wird das Hohlprofil
1 an seinem aufzuweitenden Restumfang vom Innenhochdruck-Umformwerkzeug
10 während des Aufweitstauchens gesteuert
nach außen ausweichend durch die Stützstempel 18, die hierzu
mit einer schalenförmigen Stirnseite 19 ausgebildet sein müssen,
abgestützt.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel nach der Fig. 6a-d
wird das Achsgehäuse aus zwei Hohlprofilen 43 und 44 hergestellt
wird, wobei ein erstes Hohlprofil 43 größeren Durchmessers
zum Differentialgehäuse umgeformt wird und wobei ein zweites
Hohlprofil 44 kleineren Durchmessers - separat zum ersten -
zu einem konisch ausgebauchten Doppelteil durch Aufweitstauchen
geformt wird. Hierzu sind zwei separate Innenhochdruckumformwerkzeuge
bei der Einrichtung vorgesehen, wobei das erste Umformwerkzeug
der Ausbildung des Differentialgehäuseteils und
das zweite der Ausbildung der Achshälften 46,47 zugeordnet ist.
Die Gravur des Werkzeugteils des ersten Umformwerkzeuges ist
entsprechend der Endform des auszubildenden Differentialgehäuses
ausgestaltet, wohingegen die Gravur des Werkzeugteils des
zweiten Umformwerkzeuges als Doppelkonus ausgebildet ist. Der
Mittendurchmesser entspricht zumindest annähernd dem Durchmesser
der Durchführung des Werkzeugteils des ersten Umformwerkzeuges,
wobei die Hohlprofilaufnahmen und die Durchführungen
des Werkzeugteils des ersten Umformwerkzeuges entsprechend dem
größeren Durchmesser des umzuformenden Hohlprofiles 43 im
Durchmesser größer bemessen sind als die des zweiten zum Umformen
eines Hohlprofiles 44 kleineren Durchmessers dienenden Umformwerkzeuges.
Dies ermöglicht einen fließenden Übergang bei
der späteren Anbindung der Achshälften 46,47 an das Differentialgehäuseteil.
Die Umformung der beiden Hohlprofile 43 und 44 erfolgt in gleicher
Weise wie die des Hohlprofiles 1, jedoch ohne daß die Enden
2 der Profile 43,44 eingezogen werden. Dies erzielt eine
bauliche Vereinfachung des Umformwerkzeuges, insbesondere der
Ausbildung der Hohlprofilaufnahmen. Des weiteren ist es bei der
Umformung des Hohlprofiles 43 aufgrund dessen sehr kurzen Abmessungen
nicht unbedingt erforderlich Hohlprofilmaterial aus
dem Bereich der Enden nachschieben zu müssen. Dadurch kann der
Nachschiebestempel 37 und dessen Antrieb unter weiterer apparativer
Vereinfachung des Umformwerkzeuges entfallen, wobei jedoch
das Nachführen der Aufnahmen zur Gewährleistung der Abdichtung
des Hohlprofils 43 gesichert sein muß. Im übrigen ist
eine prozeßsichere Herstellung des Hohlprofils 43 auch allein
durch Aufweiten ohne den gleichzeitigen Stauchvorgang denkbar.
Nach der Ausbildung im Ausbauchbereich 45 wird das Doppelteil
unter Ausbildung der einzelnen gleichgebildeten Achshälften
46,47 mittig mittels eines eine Trennvorrichtung der erfindungsgemäßen
Einrichtung bildenden Schneidlasers getrennt. Danach
werden durch eine Fügevorrichtung der Einrichtung die
Achshälften 46,47 mit dem das Differentialgehäuse bildenden
Hohlprofil 43 mittels Schweißen, Löten oder Kleben verbunden.
In gleicher Weise wie bei den anderen Ausführungsbeispielen
werden eine Öffnung und ein Gewindering 7 im abgeplatteten Bereich
des Differentialgehäuseteils 4 angebracht. Der Deckel 5
ist hier jedoch vergleichbar mit dem Ausführungsbeispiel von
Fig. 5a,b mit der Umformung des Hohlprofiles 43 mitausgebildet
und dadurch einstückig mit dem Differentialgehäuseteil 4 verbunden.
Es sind jedoch anders als beim Ausführungsbeispiel von
Fig. 5a,b wesentlich geringere Umformgrade erforderlich, da
hier die Ausgangsform des Hohlprofiles 43 einen erheblich größeren
Durchmesser aufweist.
Es hierbei noch angemerkt, daß die vorhergehenden Ausführungsbeispiele
die Herstellung eines Achsgehäuses aus einem einzigen
Hohlprofil mit einem einzigen Umformwerkzeug betreffen. Die im
Ausführungsbeispiel der Fig. 6a-d vorgesehenen Einzelteile sind
somit in den Ausführungsbeispielen der Fig. 1a und b bzw. der
Fig. 5a und b einstückig ausgebildet.