EP1216769B1 - Verfahren zur Herstellung eines umfänglich geschlossenen Hohlprofiles und eine Vorrichtung zur Durchführung desselben - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines umfänglich geschlossenen Hohlprofiles und eine Vorrichtung zur Durchführung desselben Download PDF

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EP1216769B1
EP1216769B1 EP01129173A EP01129173A EP1216769B1 EP 1216769 B1 EP1216769 B1 EP 1216769B1 EP 01129173 A EP01129173 A EP 01129173A EP 01129173 A EP01129173 A EP 01129173A EP 1216769 B1 EP1216769 B1 EP 1216769B1
Authority
EP
European Patent Office
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membrane
blank
hollow profile
tool
pressure
Prior art date
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Expired - Lifetime
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EP01129173A
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English (en)
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EP1216769A3 (de
EP1216769A2 (de
Inventor
Kai-Uwe Dudziak
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Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
DaimlerChrysler AG
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Filing date
Publication date
Application filed by DaimlerChrysler AG filed Critical DaimlerChrysler AG
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Publication of EP1216769A3 publication Critical patent/EP1216769A3/de
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    • B21D26/02—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces by applying fluid pressure
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    • B21D26/021—Deforming sheet bodies
    • B21D26/031—Mould construction
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49805—Shaping by direct application of fluent pressure

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a perimeter closed hollow profiles according to the preamble of Patent claim 1 and an apparatus for carrying it out according to the preamble of claim 9.
  • a generic method or a generic device is known from EP 0913 277 A1.
  • Suspension arm of a suspension removable consisting of a tube is manufactured by hydroforming.
  • the wishbone has various cross-sectional shapes, one being a flattened Represents rectangle.
  • To form this form is the circular cylindrical pre-bent tube in a two-part hydroforming inserted and during the closing process squeezed together by the two die parts. Subsequently, will when the tool is closed, the tube is widened by means of internal high pressure, until it is true to the Gesenkgravur contour true and thus to obtain the desired rectangular flat final shape.
  • the contour of the support surface of the stamp unchangeable, so that the plant of the tube - be during the squeezing process or during the expansion phase - is not evenly distributed at any time, which is too uneven Supporting the pipe leads and therefore to the failure of the Pipe at this supported point or in the adjacent Areas contributes to the backstop.
  • the invention is based on the object, a generic Method and a corresponding generic device to the effect to further develop that in a simple way a production a hollow section is made possible in the case of large Expansions of the hollow profile (greater than or equal to the Breaking strain of the material) the process safety in sufficient Dimensions is guaranteed.
  • the membrane becomes a flexible counterholder formed, which can be any shape of the hollow section blank during expansion and also in others Forming processes true to contour and over a relatively large area adjust large partial circumference of the hollow section blank can.
  • the contour-matching achieved by the external pressurization Expansion and support force of the membrane can by very easy to handle control parameters of printing be exactly adapted to the transformation progress. All in all, So by the large-scale plant - when using several circumferentially more distributed membrane circumferentially more complete Plant - during each forming phase and by the exact Stitzkraftdostechnik receives the reshaped hollow section blank always the appropriate uniform support force, which is a failure prevents the blank material during expansion.
  • a device 1 for producing a circumferential closed flattened hollow profiles 2 (FIG. 4) are shown, essentially divided into two lateral tools Hydroforming die, a membrane 12 and a Flatten device exists.
  • the side tools can each be integrally formed, wherein a pressure medium supply 20 is incorporated there.
  • the lateral ones Tools also in several parts, in an upper side tool 3 and a lower side tool 4, be executed, wherein in the parting line of the two side tools 3 and 4, the Print medium supply 20 can run.
  • For equipping the forming tool with a blank 10 is to use a manipulator the blank 10 until the two pairs of side tools 3,4 have closed like a baking around the blank 10. After reshaping, the finished hollow section in easy way when moving apart the side tools.
  • the flattening device the pair of side tools. 3 and / or the pair of side tools 4 by means of a corresponding designed engraving itself may be included in the present Embodiment
  • a single Stamp it is also conceivable the use of a single Stamp.
  • the punches 6 and 7 can be adapted to the longitudinal extent of hydroforming and thus to the entire deformable part of the hollow section blank 10 throughout trained or alternatively only locally to act on a Part of the blank 10 may be arranged.
  • the stamps 6.7 have a flat end face, so on the one hand the required flat shape of the hollow section 2 is achieved and on the other hand, on the blank 10 no hazardous to process Notches due to sharp-edged unevenness of the stamp surface arise.
  • an elastic membrane 12 for example made of an elastomer or a rubber, attached.
  • the attachment of the membrane 12 can be carried out in many ways be, for example, insoluble by gluing, screwing, Annieten and the like.
  • the membrane 12 in an advantageous manner when worn interchangeable both transverse to the longitudinal extent of the tool and parallel to the punches 6 and 7 lying flange-like ends 13 in each case a holder 14 was added.
  • the holder 14 is detachable on the inside 11 of the tool attached, wherein the holder 14 is open to the inside 11 has the receptacle for the membrane 12 forming recess 15, between the walls and the opposite wall portion 16 of the tool inside 11, the membrane flanges 13 are trapped.
  • the shape of the Membrane 12 is in the inside 11 of the tool a longitudinal the middle part 17 of the membrane 12 extending recess 18th incorporated to accommodate the diaphragm 12 so far that in the Non-use position of the membrane 12 and in the last forming phase of the blank 10 of the mold space 9 membrane-free and thus the membrane 12 on the one hand when loading the mold space 9 with a blank 10 is not a hindrance and the other during pull back the forming of the blank 10 from the mold space 9 can.
  • the recess bottom 19 opens a channel-like pressure medium supply 20 off, with one located outside the tool Pressure generator is connected.
  • the membrane 12 covers thus the recess 18 including the mouth of the print medium supply 20 high pressure-tight, whereby upon introduction of the pressure medium between the recess base 19 and facing this Outside 21 of the membrane 12, a pressure chamber 22 is formed becomes. Due to the formation of the recess 18 of the over the pressure medium mediated pressure evenly over the entire - with the exception of the clamped flanges 13 - membrane 12 distributed, so that local damage-induced strains of the membrane 12 avoided when pressurized and the desired Appendix to the hollow section blank 10 sufficiently over a partial circumferential area of the blank 10 can be achieved.
  • the Although pressure medium may be gaseous, it is due here its incompressible properties when supporting during the forming of the blank 10 are very advantageous a pressurized fluid.
  • the hydroforming instead of side tools 3,4 a and a lower tool, whereby the loading of the Form space 14 can be relatively simple.
  • the membrane 12th the upper tool connects to the lower tool, the Membrane 12 stretched when opening and closing the tool and compressed, whereby the membrane 12 an increased wear is exposed.
  • this can be achieved by a removable only the mold space covering lid part in the upper tool be circumvented, the membrane 12 in the opening and Closing movement of the forming tool remains unclaimed.
  • a first Flattening of the blank 10 done, which in the flattened Condition then expanded by means of hydroforming becomes.
  • the Membrane 12 everts and expands to the blank 10, until the membrane 12 fits snugly against this on a partial circumference area.
  • the punch 6,7 to each other drive and thus reduce the cavity 9, the blank 10 squeezed and in the width direction to the recess 18th widened.
  • the pressure in the pressure chamber 22 must be reduced to allow this broadening. This gives way to the elastic Membrane 12 from the mold space 9 in its recess 18th back until they completely leave the field of action of the punch 6.7 Has.
  • the membrane 12 remains at elevated pressure from the pressure chamber 22nd then acts on the side of the punch 6,7 stand and support the blank 10 so that on this one with the stamp outside 23 flush final wall 24 are formed can.
  • the achieved flush is from the requirement to the Cross-sectional shape (here: rectangular cross-section) depends.
  • the membrane 12 is pressurized from the pressure chamber 22, Which thereby at a partial peripheral area of the blank 10th and applies to a portion of the punch faces 5 (Fig. 2).
  • a fluidic internal high pressure is then the blank 10 widened, wherein throughout the entire Expansion of the membrane 12 pressurized to the blank 10 is pressed on said partial circumference area.
  • the membrane 12 supports this there material-soothing and form-retaining, so that the expansion phase is completely reliable (FIG. 3).
  • the membrane 12 urges the membrane 12 to Pressure chamber 22 out back, with increasing degree of expansion of the Support pressure in the pressure chamber 22 continuously adapted reduced becomes.
  • the membrane 12 during the expansion of the blank 10 occurs no or a very low friction of the Blank material on the membrane 12, as these are not solid is and elastically mitverformt.
  • the diameter of the blank 10 is roughly approximated after completion of expansion as big as the punch width.
  • the punches are 6,7 in the arrow direction driven towards each other, whereby the expanded blank 10 is compressed.
  • the blank 10 is not inevitably be supported by the membrane 12 and under a fluidic support pressure, which is smaller than the expansion pressure It can be, has to stand, it is for further process security advantageous if this is given.
  • the blank 10 wrinkle-free in a flattened final shape of the circumferentially closed Hollow sections 2 pressed with rectangular cross-section.
  • the blank 10 is thereby further widened without damage, until it has taken the final shape.
  • the flattening-related Broadening complements that created by the expansion Main part of the whole broadening. According to FIG.
  • the blank 10 steadily supported and during the flattening pressurized by the membrane 12 such that upon reaching the flush of the flattened blank 10 with the outside 23 of the punch 6.7, the lateral end contour of the hollow section. 2 is trained.
  • the middle part 17 of the membrane 12 lies here along the outside 23 of the punch 6.7. Also in the flattening the pressure in the pressure chamber 22 is successively reduced, so that the membrane 12 until reaching the level of the Final contour of the hollow section 2 supporting wall 24 with the punch outside 23 can withdraw elastically.
  • the device of the invention allows compared to previous Processes that two in the shaping direction different manufacturing steps, usually in two Manufacturing stages would have to be produced, in a hydroforming operation can be represented. Furthermore, you can with the flexible membrane 12 workpieces with widenings to be realized, due to their geometric design and the associated friction between the workpiece and tools can not be transformed process-safe. For example It may be at the mentioned workpieces for a long time IHU components act, the narrow tapered expansion areas must have, as in the motor vehicle body of the under the windbreak extending cross member.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines umfänglich geschlossenen Hohlprofiles gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung desselben gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 9.
Ein gattungsgemäßes Verfahren bzw. eine gattungsgemäße Vorrichtung ist aus der EP 0913 277 A1 bekannt. Aus dieser ist ein Querlenker einer Radaufhängung entnehmbar, der aus einem Rohr mittels Innenhochdruckumformen gefertigt ist. Der Querlenker weist verschiedene Querschnittsformen auf, wobei eine ein abgeflachtes Rechteck darstellt. Zur Ausbildung dieser Form wird das kreiszylindrische vorgebogene Rohr in ein zweigeteiltes Innenhochdruckumformwerkzeug eingelegt und beim Schließvorgang von den zwei Gesenkteilen zusammengequetscht. Anschließend wird bei geschlossenem Werkzeug das Rohr mittels Innenhochdruck aufgeweitet, bis es an der Gesenkgravur konturgetreu anliegen und somit die gewünschte rechteckige flache Endform erhalten soll. Bei derartigen faltenbedingenden Quetschungen in Verbindung mit volumenvergrößernden Aufweitungen mittels Innenhochdruck kommt es jedoch häufig zu einem Versagen des Materials, was zu einem wesentlichen Teil an der nach dem Quetschvorgang erreichten Kaltverfestigung des Materials liegt bzw. an den zu großen partiellen Materialabstreckungen in den noch nicht anliegenden Bereichen entsteht. Das Versagen des Materials äußert sich dabei durch Reißen oder Bruch des Rohres bzw. des Hohlprofiles. Die allgemein bekannten Gegenhalter können zur Behebung dieses Mangels dabei nicht eingesetzt werden, da zum einen die massiven Gegenhalter beim Quetschen des Rohres nicht entsprechend schmaler werden können. Zum anderen ist die Kontur der Abstützfläche des Stempels unveränderlich, so daß die Anlage des Rohres - sei es während des Quetschvorganges oder sei es während der Aufweitphase - zu keiner Zeit gleichverteilt ist, was zu ungleichmäßiger Abstützung des Rohres führt und daher zum Versagen des Rohres an dieser abgestützten Stelle bzw. in den angrenzenden Bereichen zum Gegenhalter beiträgt.
Auch eine reine querschnittsformbeibehaltende Aufweitung eines Rohres kreisförmigen Querschnittes mit großen Aufweitgraden verläuft abstützungsfrei nicht prozeßsicher, da die Aufweitgeschwindigkeit zunimmt und das Rohrmaterial mit Erreichen seiner Bruchdehnung versagen würde. Um dem entgegenzuwirken, werden die bekannten massiven Gegenhalter verwendet, mittels derer eine kontrollierte Aufweitung zwar möglich ist, der aber auch Grenzen gesetzt sind, da das Rohrmaterial sich selbstverständlich an den Gegenhalter anlegt und dort eine nicht vernachlässigbare Reibung erfährt, die aufweitungshinderlich ist. Außerdem ist eine allseitige Abstützung durch die bekannten Gegenhalter während des gesamten Aufweitprozesses praktisch unmöglich, so daß es wie oben erwähnt zum Versagen des Rohrmaterials in den angrenzenden Bereichen zum jeweiligen Gegenhalter führt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren und eine entsprechende gattungsgemäße Vorrichtung dahingehend weiterzubilden, daß in einfacher Weise eine Herstellung eines Hohlprofiles ermöglicht wird, bei der auch bei großen Aufweitungen des Hohlprofiles (größer oder gleich der Bruchdehnung des Materials) die Prozeßsicherheit in ausreichendem Maße gewährleistet ist.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 hinsichtlich des Verfahrens und durch die Merkmale des Patentanspruches 9 hinsichtlich der Vorrichtung gelöst.
Dank der Erfindung wird durch die Membran ein flexibler Gegenhalter ausgebildet, der sich jedweder Form des Hohlprofilrohlings während der aufweitenden Umformung und auch bei anderen Umformprozessen konturgetreu und großflächig über einen relativ großen Teilumfangsbereich des Hohlprofilrohlinges anpassen kann. Die durch die externe Druckbeaufschlagung erzielte konturanpassende Ausdehnung und Stützkraft der Membran kann durch die einfach handzuhabenden Steuerungsparameter des Druckes sehr genau an den Umformfortschritt angemessen werden. Insgesamt, also durch die großflächige Anlage - bei der Verwendung mehrerer in Umfangsrichtung verteilter Membrane umfänglich vollständiger Anlage - während jeder Umformphase und durch die genaue Stützkraftdosierung erhält der umzuformende Hohlprofilrohling stets die geeignete gleichmäßige Stützkraft, die ein Versagen des Rohlingsmaterials während der Aufweitung verhindert. Dadurch ist die Prozeßsicherheit des Umformprozesses auch bei sehr großen Aufweitungen gewährleistet. Mit großer Aufweitung soll hier gemeint sein: größer oder gleich der Bruchdehnung des Materials. Eine hochdruckfeste Membran ist einfach auszubilden und zu befestigen und stellt insgesamt nur einen sehr geringen apparativen Aufwand dar. Des weiteren sind bestehende Umformwerkzeuge ohne weiteres mit der Membran nachzurüsten. Aufgrund der Elastizität der Membran zieht sich diese beim Zusammenwirken der beiden einander entgegengerichteten Drücke des konstanten oder zunehmenden Innenhochdruckes im Hohlprofilrohling und des während der Aufweitung nachlassenden Druckes der externen Druckbeaufschlagung der Membran unter Beibehaltung der konturgetreuen Anlage aus dem Formraum zurück. Hierdurch kann bezüglich des gesamten Umformprozesses auch somit die Herstellung einer abgeflachten Endform prozeßsicher erfolgen.
Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteransprüchen entnommen werden; im übrigen ist die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles nachfolgend näher erläutert; dabei zeigt:
  • Fig. 1 in einem Querschnitt eine erfindungsgemäße Vorrichtung in Nicht-Gebrauchsstellung der Membran vor der Umformung des Hohlprofilrohlings,
  • Fig. 2 in einem Querschnitt die Vorrichtung aus Fig. 1 in Gebrauchsstellung der Membran vor der Umformung des Hohlprofilrohlings,
  • Fig. 3 in einem Querschnitt die Vorrichtung aus Fig. 1 in Gebrauchsstellung der Membran nach Aufweitung des Hohlprofilrohlings,
  • Fig. 4 in einem Querschnitt die Vorrichtung aus Fig. 1 in Gebrauchsstellung der Membran nach Erreichen der abgeflachten Endform des Hohlprofiles.
    • Anhand der folgenden Ausführungsbeispiele, die sich nicht einfach "nur" um die Erzeugung eines Hohlprofiles mit sehr großen Aufweitungen drehen, sondern auf die hinsichtlich der Einhaltung der Prozeßsicherheit wesentlich schwierigere Herstellung eines zusätzlich abgeflachten Hohlprofiles zielen, so daß eine sehr flache aber ungemein breite Endform des Hohlprofiles erreicht wird, soll die Vorteilhaftigkeit der Erfindung besonders verdeutlicht werden.
    In Fig. 1 eine Vorrichtung 1 zur Herstellung eines umfänglich geschlossenen abgeflachten Hohlprofiles 2 (Fig. 4) dargestellt, die im wesentlichen aus einem in zwei seitliche Werkzeuge geteilten Innenhochdruckumformwerkzeug, einer Membran 12 und einer Abplattvorrichtung besteht. Die seitlichen Werkzeuge können jeweils einstückig ausgebildet sein, wobei eine Druckmediumzuführung 20 dort eingearbeitet ist. Allerdings können die seitlichen Werkzeuge auch mehrteilig, in ein oberes Seitenwerkzeug 3 und ein unteres Seitenwerkzeug 4 geteilt, ausgeführt sein, wobei in der Trennfuge der beiden Seitenwerkzeuge 3 und 4 die Druckmediumzuführung 20 verlaufen kann. Zur Bestückung des Umformwerkzeuges mit einem Rohling 10 ist ein Manipulator zu verwenden, der den Rohling 10 bis sich die beiden Paare der Seitenwerkzeuge 3,4 backenartig um den Rohling 10 geschlossen haben. Nach der Umformung kann das fertig geformte Hohlprofil in einfacher Weise beim Auseinanderfahren der Seitenwerkzeuge 3 und 4 allein durch die Einwirkung der Schwerkraft dem Umformwerkzeug entnommen werden. Es ist jedoch auch alternativ denkbar, das obere Seitenwerkzeug 3 mit einem abnehmbaren Deckelteil auszubilden, so daß das Bestücken des Umformwerkzeuges bei bis auf das Deckelteil geschlossenen Seitenwerkzeugen 3,4 über die bei der Abwesenheit des Deckelteils entstehende Öffnung des Umformwerkzeuges ohne die Verwendung von rohlinghaltenden Manipulatoren erfolgen kann. Erst nachdem das Deckelteil die Bestückungsöffnung verschließt, kann dann die Umformung beginnen. Die Entnahme des fertigen Hohlprofiles geht in gleicher Weise wie bei der oben beschriebenen Variante des Umformwerkzeuges durch Schwerkraft vonstatten.
    Obwohl die Abplattvorrichtung das Paar der Seitenwerkzeuge 3 und/oder das Paar der Seitenwerkzeuge 4 mittels einer entsprechend ausgestalteten Gravur selbst sein kann, umfaßt im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Abplattvorrichtung zwei sich gegenüberliegende miteinander fluchtende Stempel 6 und 7, die in Durchführungen 8 des oberen Paars der Seitenwerkzeuge 3 und des unteren Paars der Seitenwerkzeuge 4 verschiebbar geführt sind und die dabei in den von den Seitenwerkzeugen 3 und 4 gebildeten Formraum 9, in dem der anfangs mit kreiszylindrischem Querschnitt ausgestattete Hohlprofilrohling 10 aufgenommen ist, einfahrbar sind, wobei sie den Rohling 10 quetschend beaufschlagen können. Denkbar ist auch der Einsatz von einem einzigen Stempel. Die Stempel 6 und 7 können angepaßt an die Längserstreckung des Innenhochdruckumformwerkzeuges und damit an den gesamten umformbaren Teil des Hohlprofilrohlings 10 durchgängig ausgebildet oder alternativ nur lokal zur Beaufschlagung eines Teilabschnittes des Rohlinges 10 angeordnet sein. Die Stempel 6,7 weisen eine ebene Stirnfläche auf, damit einerseits die verlangte flache Endform des Hohlprofiles 2 erreicht wird und andererseits am Rohling 10 keine prozeßsicherheitsgefährdenden Einkerbungen durch scharfkantige Unebenheiten der Stempeloberfläche entstehen.
    Über die Länge des Umformbereiches des Hohlprofilrohlings 10 hinweg ist seitlich des Eingriffsfeldes der Stempel 6 und 7 verlaufend, das identisch mit dem Formraum 9 sein kann, an der Werkzeuginnenseite 11 eine elastische Membran 12, beispielsweise aus einem Elastomer oder einem Gummi bestehend, befestigt. Die Befestigung der Membran 12 kann in vielfältiger Weise ausgeführt sein, beispielsweise unlösbar durch Kleben, Anschrauben, Annieten und ähnliches. Im vorliegenden Fall ist die Membran 12 in vorteilhafter Weise bei Verschleiß austauschbar an beiden quer zur Längserstreckung des Werkzeuges und parallel zu den Stempeln 6 und 7 liegenden flanschartigen Enden 13 in jeweils einem Halter 14 aufgenommen.
    Der Halter 14 ist an der Innenseite 11 des Werkzeuges lösbar angebracht, wobei der Halter 14 eine zur Innenseite 11 offene die Aufnahme für die Membran 12 bildende Aussparung 15 aufweist, zwischen deren Wandungen und dem gegenüberliegenden Wandungsabschnitt 16 der Werkzeuginnenseite 11 die Membranflansche 13 eingeklemmt sind. Obwohl die Membran 12 zwischen ihren Flanschen 13 in Nicht-Gebrauchsstellung, d.h. in entspannter Lage eben verlaufen kann, ist die Membran 12 hier U-förmig ausgebildet, um für das später erläuterte Verfahren eine größere Reichweite in den Formraum 9 zu erhalten. Bezüglich der Form der Membran 12 ist in die Innenseite 11 des Werkzeuges eine längs des Mittelteils 17 der Membran 12 verlaufende Ausnehmung 18 eingearbeitet, um die Membran 12 soweit aufzunehmen, daß in der Nicht-Gebrauchsstellung der Membran 12 und in der letzten Umformphase des Rohlings 10 der Formraum 9 membranfrei und somit die Membran 12 zum einen beim Bestücken des Formraumes 9 mit einem Rohling 10 nicht hinderlich ist und zum anderen sich während der Umformung des Rohlings 10 aus dem Formraum 9 zurückziehen kann.
    In den Ausnehmungsgrund 19 mündet eine kanalartige Druckmediumzuführung 20 aus, die mit einem außerhalb des Werkzeuges befindlichen Druckerzeuger verbunden ist. Die Membran 12 überdeckt somit die Ausnehmung 18 samt Ausmündung der Druckmediumzuführung 20 hochdruckdicht, wodurch bei Einleiten des Druckmediums zwischen dem Ausnehmungsgrund 19 und der diesem zugewandten Außenseite 21 der Membran 12 ein Druckraum 22 ausgebildet wird. Aufgrund der Ausbildung der Ausnehmung 18 wird der über das Druckmedium vermittelte Druck gleichmäßig auf die gesamte - mit Ausnahme der eingeklemmten Flansche 13 - Membran 12 verteilt, so daß lokale schadensbedingende Dehnungen der Membran 12 bei einer Druckbeaufschlagung vermieden und die gewünschte Anlage an den Hohlprofilrohling 10 in ausreichendem Maße über einen Teilumfangsbereich des Rohlings 10 erreicht werden. Das Druckmedium kann zwar gasförmig sein, ist jedoch hier aufgrund seiner inkompressiblen Eigenschaften, die bei der Abstützung während der Umformung des Rohlings 10 sehr vorteilhaft sind, ein Druckfluid.
    Zwar ist im Ausführungsbeispiel nur eine einzige Membran dargestellt, jedoch können im Rahmen der Erfindung mehrere Membrane an jeder Seite sich aneinanderreihen. Dies ist dann von Vorteil, wenn der Rohling 10 nur auf mehreren voneinander beabstandeten Längsabschnitten durch Aufweiten und Abplatten umgeformt werden soll. Hierbei kann der Rohling 10 durch rohlingsabschnittsspezifische Drucksteuerungen des Druckfluides je nach gewünschter Hohlprofilquerschnittsform unterschiedlich stark abgestützt werden. Die Membran 12 kann sich dagegen auch in apparativ geringaufwendiger Weise längs des gesamten Formraumes des Werkzeuges erstrecken und zwar auch dort, wo nur eine der beiden Umformschritte, Aufweitung und Abplatten, oder auch keine Umformung erfolgt. Der Hohlprofilrohling 10 wird somit über seine gesamte Längserstreckung hinweg von der Membran 12 abgestützt. Der Druck im Druckraum 22 ist je nach Umformfortschritt steuerbar. Dies kann durch Steuerung des Druckerzeugers oder durch Steuerung eines Druckbegrenzungsventils erfolgen.
    Gemäß den Zeichnungen ist es auch denkbar, daß das Innenhochdruckumformwerkzeug anstatt von Seitenwerkzeugen 3,4 ein Ober- und ein Unterwerkzeug beinhaltet, wodurch das Bestücken des Formraumes 14 relativ einfach verlaufen kann. Da bei entsprechend transponierter Auslegung der Zeichnungen die Membran 12 das Oberwerkzeug mit dem Unterwerkzeug verbindet, wird die Membran 12 beim Öffnen und Schließen des Werkzeuges gestreckt und komprimiert, wodurch die Membran 12 einem erhöhten Verschleiß ausgesetzt ist. Dies kann jedoch durch ein abnehmbares lediglich den Formraum abdeckendes Deckelteil im Oberwerkzeug umgangen werden, wobei die Membran 12 in der Öffnungs- und Schließbewegung des Umformwerkzeuges unbeansprucht bleibt. Es kann zur Entlastung der Membran 12 alternativ vorteilhaft sein, die aus Oberwerkzeug und Unterwerkzeug bestehende Anordnung des IHU-Werkzeuges um 90° gegen den Uhrzeigersinn zu drehen. Hierbei wäre die Anordnung so zu gestalten, daß eine Membran 12 im Unterwerkzeug und eine Membran 12 im Oberwerkzeug angeordnet ist, wobei der Mittelteil 17 der Membrane 12 nun horizontal verläuft. Die Druckmediumzuführung 20, die dann gemäß den Zeichnungen genau in der Teilungsfuge von Oberwerkzeug und Unterwerkzeug liegt und somit von jeweils einer rinnenförmigen Nut beider Werkzeughälften gebildet werden kann, ist bei der beschriebenen Alternative separat sowohl im Unterwerkzeug als auch im Oberwerkzeug vorzusehen. Das IHU-Werkzeug kann bei dieser Ausführung geöffnet und geschlossen werden ohne daß die Membran 12 in irgendeiner Weise mechanisch beansprucht wird, was einerseits den Verschleiß der Membran minimiert und andererseits die Zugänglichkeit zum Bestückungsraum des Werkzeuges optimiert.
    Zur Herstellung des abgeflachten Hohlprofiles 2 kann zuerst eine Abplattung des Rohlings 10 erfolgen, welcher in dem abgeplatteten Zustand anschließend mittels Innenhochdruck aufgeweitet wird. Um die Prozeßsicherheit zu verbessern, kann vor der Abplattung ein Druck im Druckraum 22 aufgebaut werden, der die Membran 12 ausstülpt und zum Rohling 10 ausdehnt, bis die Membran 12 an diesem auf einem Teilumfangsbereich satt anliegt. Bei der nachfolgenden Abplattung, bei der die Stempel 6,7 aufeinanderzu fahren und somit den Formraum 9 verringern, wird der Rohling 10 gequetscht und in Breitenrichtung zu der Ausnehmung 18 hin verbreitert. Der Druck im Druckraum 22 muß dabei reduziert werden, um diese Verbreiterung zuzulassen. Dabei weicht die elastische Membran 12 aus dem Formraum 9 in ihre Ausnehmung 18 zurück, bis sie das Eingriffsfeld der Stempel 6,7 gänzlich verlassen hat. Für die Aufweitung des abgeplatteten Rohlings 10 bleibt die Membran 12 mit erhöhtem Druck aus dem Druckraum 22 beaufschlagt dann seitlich der Stempel 6,7 stehen und stützt den Rohling 10 so ab, daß an diesem eine mit der Stempelaußenseite 23 bündig abschließende Wandung 24 ausgeformt werden kann. Die erzielte Bündigkeit ist von der Anforderung an die Querschnittsform (hier: Rechtecksquerschnitt) abhängig.
    Selbstverständlich können auch andere Formverläufe der Wandung 24 ausgebildet werden, je nachdem in welcher Position die Membran 12 zu den Stempeln 6,7 steht. Um die Prozeßsicherheit zu erhöhen, in dem der Faltenaufwurf beim Abplatten möglichst vermieden wird, ist es günstig im Rohling 10 während des Abplattens einen hydraulischen Stützdruck zu erzeugen, der besagter Faltenbildung entgegenwirkt. Das Abplatten kann auch durch das Schließen des Werkzeuges 1 selbst erfolgen. Dies ist jedoch problematisch, da die für die Anlage am Rohling 10 unter Druck stehende Membran 12 gegebenenfalls aus dem noch offenen Werkzeug herausquellen und und beim Zurückdrücken durch das Werkzeug Schaden erleiden kann. Mit der vorgestellten Verfahrensvariante können zwar abgeflachte Hohlprofile 2 hergestellt werden, jedoch ist diese auf Hohlprofile beschränkt, die nicht sonderlich breit und flach sein sollen. Dies hat zum Hintergrund, daß beim Abplatten sich das Rohlingsmaterial an vielen Stellen schon an die Stirnseiten 5 der Stempel 6,7 anlegt, so daß beim Aufweiten mittels Innenhochdruck bereits zu Anfang eine erhebliche Reibung des Rohlings 10 an den Stempelstirnseiten 5 besteht. Dies führt bei einer Vorgabe, bei der ein sehr breites und flaches Hohlprofil 2 hergestellt werden soll, zu einem Bersten des Rohlings 10 während der Aufweitung. Auch können infolge der Reibung, die das Rohlingsmaterial gravierend am Fließen hindert, die bei der verstärkten Abplattung vermehrt auftretenden tiefen Falten nicht mehr prozeßsicher durch den Innenhochdruck herausgedrückt werden.
    Um diese Problematik zu lösen und damit eine beliebige Variabilität bei der Gestaltung von Hohlprofilquerschnittsformen prozeßsicher zu erzielen, wird in einer weiteren Verfahrensvariante der Rohling 10 relativ zu seiner Umgebung im Werkzeug so gestaltet und platziert, daß über den umzuformenden Abschnitt hinweg eine größere Beabstandung zu den Stirnseiten 5 der Stempel 6,7 gegeben ist (Fig. 1). Dadurch wird eine freie reibungslose Aufweitung des Rohlings 10 ermöglicht, so daß der Umfang und Durchmesser des Rohlings 10 ohne die Gefahr eines Berstens stark vergrößert werden kann. Somit ist die freie Aufweitung in dieser Variante der erste Umformschritt des Rohlings 10, welcher dann beendet ist, wenn der aufgeweitete Rohling 10 die Stempelstirnseiten 5 kontaktiert.
    Schon vor der Erzeugung eines Innenhochdruckes im Rohling 10 wird die Membran 12 aus dem Druckraum 22 druckbeaufschlagt, welche sich dadurch an einem Teilumfangsbereich des Rohlings 10 und an einen Abschnitt der Stempelstirnseiten 5 anlegt (Fig. 2). Durch Erzeugung eines fluidischen Innenhochdruckes wird dann der Rohling 10 aufgeweitet, wobei während der gesamten Aufweitung die Membran 12 druckbeaufschlagt an den Rohling 10 auf besagtem Teilumfangsbereich angepreßt wird. Die Membran 12 stützt diesen dort materialberuhigend und formhaltend ab, so daß die Aufweitphase völlig prozeßsicher verläuft (Fig. 3). Der sich aufweitende Rohling 10 drängt dabei die Membran 12 zum Druckraum 22 hin zurück, wobei mit steigendem Aufweitgrad der Stützdruck im Druckraum 22 kontinuierlich angepaßt vermindert wird. Obwohl die Membran 12 während der Aufweitung am Rohling 10 anliegt, tritt keine bzw. ein nur sehr geringe Reibung des Rohlingmaterials an der Membran 12 auf, da diese nicht massiv ist und sich elastisch mitverformt. Der Durchmesser des Rohlings 10 ist nach abgeschlossener Aufweitung grob angenähert so groß wie die Stempelbreite.
    Wie aus Fig. 4 zu ersehen ist, werden die Stempel 6,7 in Pfeilrichtung aufeinanderzu gefahren, wodurch der aufgeweitete Rohling 10 zusammengestaucht wird. Obwohl der Rohling 10 nicht zwangsläufig durch die Membran 12 abgestützt sein und unter einem fluidischen Stützdruck, der kleiner als der Aufweitdruck sein kann, stehen muß, ist es für die weitere Prozeßsicherheit vorteilhaft, wenn dies gegeben ist. Dabei wird der Rohling 10 faltenfrei in eine abgeflachte Endform des umfänglich geschlossenen Hohlprofiles 2 mit rechteckförmigem Querschnitt gedrückt. Der Rohling 10 wird dabei schadensfrei noch weiter verbreitert, bis dieser die Endform angenommen hat. Die abplattungsbedingte Verbreiterung ergänzt den durch die Aufweitung geschaffenen Hauptanteil an der gesamten Verbreiterung. Gemäß Fig. 4 wird der Rohling 10 stetig abgestützt und während der Abplattung durch die Membran 12 derart druckbeaufschlagt, daß im Erreichen der Bündigkeit des abgeplatteten Rohlings 10 mit der Außenseite 23 der Stempel 6,7 die seitliche Endkontur des Hohlprofiles 2 ausgebildet ist. Der Mittelteil 17 der Membran 12 liegt dabei längs an der Außenseite 23 der Stempel 6,7 an. Auch bei der Abplattung wird der Druck im Druckraum 22 sukzessiv vermindert, so daß die Membran 12 bis zur erreichten Bündigkeit der die Endkontur des Hohlprofiles 2 tragende Wandung 24 mit der Stempelaußenseite 23 elastisch zurückweichen kann.
    Denkbar ist, daß für die Endform des Hohlprofiles 2 scharfe Kanten gefordert sind. In diesem Fall kann abschließend der aufgeweitete und abgeplattete Hohlprofilrohling 10 durch einen den Aufweitdruck übersteigenden Innenhochdruck in die Endform des Hohlprofiles 2 kalibriert werden, wobei das Druckfluid im Druckraum 22 den entsprechenden Gegendruck aufbringen muß.
    Des weiteren ist es denkbar, bei dem Herstellungsprozeß gänzlich auf ein aktives Abplatten zu verzichten. Dabei entfallen zur Vereinfachung des Prozesses außer einer Verfahrenstechnik auch die zugehörigen Stempel 6,7 und deren Steuerung. Das Innenhochdruckumformwerkzeug ist dann so auszulegen, daß die Innenseiten 11 des Werkzeuges unter Bildung einer Kastenform eben ist, so daß die Herstellung des abgeflachten Hohlprofiles 2 in einer einzigen Aufweitung, abgestützt von der Membran 12, mit gegebenenfalls abschließender Kalibrierung erfolgt. Aufgrund der frühen reibungsverursachenden Anlage des Rohlingsmaterials an der Werkzeuginnenseite 11 sind natürlich die Möglichkeiten der Formgebung bezüglich Höhe und Breite des Hohlprofiles 2 erheblich eingeschränkt, so daß nur geringe Umformgrade prozeßsicher möglich sind.
    Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht gegenüber bisherigen Verfahrenstechniken, daß zwei in der Formgebungsrichtung unterschiedliche Fertigungsschritte, die normalerweise in zwei Fertigungsstufen erzeugt werden müßten, in einem Innenhochdruck-Arbeitsgang dargestellt werden können. Des weiteren können mit der flexiblen Membran 12 Werkstücke mit Aufweitungen realisiert werden, die aufgrund ihrer geometrischen Gestaltung und der damit verbundenen Reibbehinderung zwischen Werkstück und Werkzeug nicht prozeßsicher umgeformt werden können. Beispielsweise kann es sich bei den erwähnten Werkstücken um lange IHU-Bauteile handeln, die schmal zulaufende Aufweitbereiche aufweisen müssen, wie im Kraftfahrzeugkarosseriebau der unter dem Windschutz verlaufende Querträger.

    Claims (17)

    1. Verfahren zur Herstellung eines umfänglich geschlossenen Hohlprofiles, wobei ein Hohlprofilrohling in einem Innenhochdruckumformwerkzeug mittels fluidischen Innenhochdruck aufgeweitet wird, wonach dieser die Endform des Hohlprofiles erreicht,
      dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlprofilrohling (10) auf zumindest einem Teilumfangsbereich während der Aufweitung mittels wenigstens einer an der dem Rohling (10) zugewandten Innenseite (11) des Werkzeuges befestigten und mit einem von außen wirkenden steuerbaren Druck beaufschlagbaren Membrane (12) abgestützt wird,- wobei diese mit dem Fortlauf der Aufweitung unter Reduzierung des auf die Membrane (12) wirkenden Stützdruckes elastisch zurückweicht.
    2. Verfahren nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlprofilrohling (10) im Innenhochdruckumformwerkzeug abgeplattet wird.
    3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
      dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlprofilrohling (10) über seine gesamte Längserstreckung hinweg von der Membrane (12) abgestützt wird.
    4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3,
      dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlprofilrohling (10) zusätzlich während des Abplattvorganges von der Membran (12) abgestützt wird.
    5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
      dadurch gekennzeichnet, daß zuerst eine freie Aufweitung des Hohlprofilrohlinges (10) erfolgt, bis dieser eine Abplattvorrichtung (6,7) des Innenhochdruckumformwerkzeuges kontaktiert, und daß anschließend das Abplatten des aufgeweiteten Rohlings (10) erfolgt, welches durch stetiges Abstützen des Rohlings (10) durch die Membran (12) begleitet wird.
    6. Verfahren nach Anspruch 5,
      dadurch gekennzeichnet, daß der Rohling (10) durch die Membran (12) derart druckbeaufschlagt wird, daß im Erreichen der Bündigkeit des abgeplatteten Rohlings (10) mit der Außenseite (23) der stempelartigen Abplattvorrichtung (6, 7) die seitliche Endkontur des Hohlprofiles (2) ausgebildet ist.
    7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
      dadurch gekennzeichnet, daß abschließend der Hohlprofilrohling (10) durch einen den Aufweitdruck übersteigenden Innenhochdruck in die Endform des Hohlprofiles (2) kalibriert wird.
    8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6,
      dadurch gekennzeichnet, daß das Abplatten bei einem den Hohlprofilrohling (10) von innen stützenden Innenhochdruck, der kleiner als der Aufweitdruck ist, unmittelbar in die Endform des Hohlprofiles (2) führt.
    9. Vorrichtung zur Herstellung eines umfänglich geschlossenen Hohlprofiles, mit einem Innenhochdruckumformwerkzeug, in dem ein Hohlprofilrohling mittels fluidischem Innenhochdruck aufweitbar ist,
      dadurch gekennzeichnet, daß an der Werkzeuginnenseite (11) zumindest eine elastische seitlich des Eingriffsfeldes des Stempels (6,7) verlaufende Membran (12) befestigt ist, welche eine mit einem außerhalb des Werkzeuges befindlichen Druckerzeuger verbundene Druckmediumzuführung (20) hochdruckdicht überdeckt, die als Kanal durch das Werkzeug verläuft und an dessen Innenseite (11) zum Formraum (9) hin ausmündet, und welche über die Druckmediumzuführung (20) druckbeaufschlagt an dem umzuformenden Hohlprofilrohling (10) an zumindest einem Teilumfangsbereich anlegbar ist.
    10. Vorrichtung nach Anspruch 9,
      dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine Abplattvorrichtung beinhaltet, die in das Innenhochdruckumformwerkzeug integriert ist und mittels derer der Hohlprofilrohling (10) abplattbar ist.
    11. Vorrichtung nach Anspruch 10,
      dadurch gekennzeichnet, daß die Abplattvorrichtung aus zumindest einem in einer Durchführung (8) des Werkzeuges verschiebbar geführten Stempel (6,7) besteht.
    12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11,
      dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (12) sich längs des gesamten Formraumes (9) des Werkzeuges erstreckt.
    13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12,
      dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (12) an beiden quer zur Längserstreckung des Werkzeuges liegenden Enden (13) in jeweils einem Halter (14) aufgenommen ist, der an der Innenseite (11) des Werkzeuges angeordnet ist.
    14. Vorrichtung nach Anspruch 13,
      dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (12) zwischen der Werkzeuginnenseite (11) und einer Wandung der Halteraufnahme festgeklemmt ist.
    15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14,
      dadurch gekennzeichnet, daß das die Membran zum Hohlprofilrohling (10) hin beaufschlagende Druckmedium ein Druckfluid ist.
    16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15,
      dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel (6,7) eine ebene Stirnfläche aufweist.
    17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 16,
      dadurch gekennzeichnet, daß in die Werkzeuginnenseite (6,7) eine längs der Membran (12) verlaufende Ausnehmung (18) eingearbeitet ist, welche von der Membran (12) überdeckt ist und in die die Druckmediumzuführung (20) einmündet, und daß zwischen dem Ausnehmungsgrund (19) und der diesem zugewandten Außenseite (21) der Membran (12) ein Druckraum (22) ausbildbar ist.
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