EP1383619A1

EP1383619A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von nebenformelementen

Info

Publication number: EP1383619A1
Application number: EP02727360A
Authority: EP
Inventors: Kai-Uwe Dudziak
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2001-05-04
Filing date: 2002-03-06
Publication date: 2004-01-28
Anticipated expiration: 2022-03-06
Also published as: DE10121787C1; WO2002090014A1; CA2445406A1; US20040172999A1; EP1383619B1; DE50213291D1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Nebenformelementen an einem umfänglich geschlossenen Hohlprofil. Die Vorrichtung beinhaltet ein Innenhochdruckumformwerkzeug, in dessen Gravur ein Hohlprofilrohling einlegbar ist, wobei von der Gravur ein Abzweig radial abgeht, in den der Hohlprofilrohling mittels eines fluidischen Innenhochdruckes unter Bildung des Nebenformelementes aufweitbar ist. Um in einfacher Weise und prozesssicher vom Formverlauf her nahezu beliebig gestaltete Nebenformelemente am Hohlprofil auszubilden, wird vorgeschlagen, dass die Vorrichtung des weiteren eine Membran und einen Druckerzeuger beinhaltet, mittels dessen die Membran über ein Druckmedium druckbeaufschlagbar ist, derart, dass die Membran während der Aufweitung an dem sich bildenden Nebenformelement entgegen der Aufweitrichtung abstützend anliegt. Die Membran weicht mit Fortschritt der Ausbildung des Nebenformelementes bis zum Erreichen der Endform elastisch zurück. Die Membran ist dabei den Abzweig überspannend außerhalb der Längserstreckung der Gravur am Werkzeug angebracht.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Nebenformelementen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Nebenformelementen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung desselben gemäß dem 0- berbegriff des Patentanspruches 3.

Ein gattungsgemäßes Verfahren bzw. eine gattungsgemäße Vorrichtung ist aus der US 4,840,053 bekannt. Dabei wird ein Hohlprofil in ein geteiltes Innenhochdruck-Umfor werkzeug eingelegt, dessen Oberteil einen von der Gravur abgehenden topfförmigen Abzweig aufweist. Nach Ausüben eines Innenhochdruckes innerhalb des Hohlprofiles weitet sich dieses in den Abzweig auf und legt sich an der Kontur des Abzweiges an, wodurch sich das dem Abzweig formentsprechende Nebenformelement ausbildet. Zur Erzielung einer kontrollierten und prozesssicheren Ausbildung des Nebenformelementes ist in dem Abzweig ein Festkörper verschiebbar angeordnet, der die Stirnseite des sich ausbildenden Nebenformelementes abstützt. Diese Form der Abstützung wird in inzwischen üblicher Weise durch aktiv von außen betätigte Stahlstempel realisiert. Dies ist jedoch nur bei Abzweigen bzw. für Nebenformelemente möglich, deren Mantellinien der Innenseite bzw. Außenseite geradlinig und parallel zueinander verlaufen, so dass der Stempel ungehindert im Abzweig geführt werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren bzw. eine gattungsgemäße Vorrichtung dahingehend weiterzubilden, dass in einfacher Weise und prozesssicher vom Formverlauf her nahezu beliebig gestaltete Nebenformelemente am Hohlprofil ausgebildet werden können.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 hinsichtlich des Verfahrens und durch die Merkmale des Patentanspruches 3 hinsichtlich der Vorrichtung gelöst .

Aufgrund der den Abzweig abdeckenden elastischen Membran, die in Gebrauchslage jeweils unter einem Stützdruck steht, der während der Aufweitung des Hohlprofiles immer etwas unterhalb des aufweitenden Innenhochdruckes liegt, wird in einfacher Weise einerseits durch die flexible und großflächige Anpassung der Membran an die konstruktiven Gegebenheiten der Abzweigform schnell und jederzeit dem sich ausbildenden Nebenformelement eine ausreichende Stützkraft geboten, durch den sich das Hohlprofilmaterial optimal an die Wandungskontur des Abzweiges schmiegen kann ohne Gefahr zu laufen die Streckgrenze zu überschreiten, was zu einem Bersten des Hohlprofiles führen würde, und andererseits durch die Elastizität der Membran ein - bezüglich der Wandungskontur des Abzweiges - formgetreues Zurückweichen erreicht und dabei ein Verklemmen zwischen der Stirnseite des sich ausbildenden Nebenformelementes und der Abzweigwandung vermieden. Durch die erfindungsgemäße Lösung sind an Hohlprofilen Nebenformelemente prozesssicher herstellbar, die nahezu beliebige Querschnittsänderungen aufweisen können. Somit ist die Ausbildung von Hinterschnitten ohne weiteres möglich und eine Abstützung des Nebenformelementes auch bei großen Übergangsradien von der Längserstreckung der Werkzeuggravur zum Abzweig hin vom Umformbeginn an realisierbar. Letzteres ist gerade bei der Verwendung von Werkstoffen mit geringer Duktilität wie beispielsweise Leichtmetalllegierungen für die Gewährleistung der Prozesssicherheit von erheblichem Vorteil. Die Anordnung einer Membran ist apparativ von sehr geringem Aufwand und ist auch in einfacher Weise bei bestehenden Umformwerkzeugen nachrüstbar . 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 seitlichen Längsschnitt ein Abschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in unverformtem Zustand des Hohlprofiles bei druckentlasteter Membran,

Fig. 2 in einem seitlichen Längsschnitt ein Abschnitt der Vorrichtung aus Fig. 1 in unverformtem Zustand des Hohlprofiles bei abstützender Membran,

Fig. 3 in einem seitlichen Längsschnitt ein Abschnitt der Vorrichtung aus Fig. 1 während der AufWeitung des Hohlprofiles in einen Abzweig des Umformwerkzeuges der Vorrichtung bei abstützender Membran,

Fig. 4 in einem seitlichen Längsschnitt ein Abschnitt der

Vorrichtung aus Fig. 1 in Endzustand des Hohlprofiles mit Nebenformelement und in Ausgangslage befindlicher Membran.

In Fig. 1 ist eine Vorrichtung zur Herstellung von Nebenformelementen an einem umfänglich geschlossenen Hohlprofil dargestellt, welche ein Innenhochdruckumformwerkzeug 1 beinhaltet. In dessen Gravur 2 ist entlang deren Längserstreckung ein Hohlprofilrohling 3 eingelegt. Von der Gravur 2 geht radial ein Abzweig 4 ab, der das Werkzeug 1 durchdringt. Der Abzweig 4 ist im Bereich 5 des Übergangs zur Längserstreckung der Gravur 2 mit großen Radien verrundet. Die Abzweigwandung 6 weist etwa mittig lokal einen Wulst 7 auf, so dass die Wandung 6 mit der dem Hohlprofilrohling 3 abgewandten Flanke 8 des Wulstes 7 eine Hinterschneidung besitzt. Der Abzweig 4 wird an seinem hohlprofilfernen Ende 9 von einer elastischen zur Vorrichtung gehörigen Membran 10 hochdruckdicht abdeckend überspannt. Die Membran 10 ist zu diesem Zwecke mit ihrem Rand 11 umlaufend zwischen der Rückseite 12 des Umformwerk- zeuges 1 und einer mit einer Aussparung 13 im Abdeckbereich versehenen Klemmplatte 14 der Vorrichtung klemmend befestigt. Dadurch ist ein Austausch der Membran 10 im Falle eines nicht mehr tolerierbaren Verschleißzustandes leicht ausführbar. Zur Gewährleistung der Druckdichtigkeit ist die Membran 10 an ihrem Rand 11 gegenüber der Rückseite 12 des Umformwerkzeuges 1 mit einer Ringdichtung 15 und die auf der Rückseite 12 des Umformwerkzeuges 1 liegende Klemmplatte 14 unterseitig gegenüber diesem mit einer Ringdichtung 16 abgedichtet. Auf der Klemmplatte 14 liegt eine Stützplatte 17, an der die Membran 10 gemäß Fig. 1 in entspanntem druckentlasteten Zustand anliegt. In der Stützplatte 17 der Vorrichtung verläuft ein Druckkanal 18, der einerseits mit einem Druckerzeuger verbunden ist und andererseits auf der der Membran 10 zugewandten Seite 19 der Stützplatte 17 ausmündet. Die Stützplatte 17 ist ebenfalls aus Gründen der Druckdichtigkeit mit einer Ringdichtung 20 gegenüber der Klemmplatte 14 abgedichtet.

Mittels des Druckerzeugers wird nun ein Druckmedium, das aufgrund der einfachen Handhabbarkeit flüssig oder gasförmig sein kann, in den Druckkanal 18 geleitet, wonach bei Austritt aus diesem die Membran 10 rückseitig druckbeaufschlagt wird. Dadurch und infolge der Elastizität bei noch fehlendem Gegendruck wird die Membran 10 derart gedehnt, dass sie sich einerseits konturgetreu an der Abzweigwandung 6 und andererseits am Hohlprofilrohling 3 anlegt (Fig. 2) . Hierbei kann im Hohlprofilrohling 3 schon ein Innenhochdruck anliegen. Dieser ist in dieser Phase entweder noch nicht so hoch, dass er aufweitend wirksam ist, oder entspricht zwar einem Aufweitdruck, jedoch ist dann der die Membran 10 dehnende Stützdruck gleich hoch, so dass noch keine Verformung des Hohlprofilrohlings 3 in den Abzweig 4 hinein stattfinden kann. Alternativ zu den genannten Druckmedien sind noch mechanische Spreizvorrichtungen denkbar, bei denen beispielsweise ein elastisch verformbarer Körper aus Vollgummi durch ein Stempel verformt wird, wodurch die dabei verdrängte Gummimasse die Membran 10 an die Kontur der Abzweigwandung 6 presst.

Nachdem sich die Membran 10 an den Rohling 3 angelegt hat, werden der Stützdruck und der Aufweitdruck erhöht, wobei das Verhältnis des Aufweitdruckes zum Stützdruck während der Aufweitphase derart sein muss, dass einerseits der Aufweitdruck erheblich größer als der Stützdruck ist, damit sich der Rohling 3 aufweitet. Andererseits darf der Stützdruck relativ zum Aufweitdruck nicht so niedrig sein, dass es zu einem Bersten des Rohlings 3 kommt. Die Druckverhältnisse müssen vor allen Dingen so gestaltet sein, dass ein bestimmter Spannungszustand innerhalb des Rohlingmaterials gebildet wird, der eine prozesssichere Aufweitung gestattet. Mit Fortgang der AufWeitung wird dabei der Aufweitdruck erhöht. Dadurch wird nach Fig. 3 der Rohling 3 an der Stelle des Abzweiges 4 in diesen hinein ausgewölbt, wobei die Membran 10, die der Aufweitrichtung druckbeaufschlagt entgegenwirkt, durch die Wölbung 21 zurückgedrängt wird.

Die Membran 10 besteht vorteilhafter Weise aus einem reibarmen Werkstoff oder ist mit einer reibarmen Beschichtung versehen, so dass die Reibung der Wölbung 21 des Rohlings 3 an der Membran 10 möglichst gering ist und damit keine Abstre- ckung des Rohlings 3 in dem Bereich der stützenden Anlage der Membran 10 erfolgt. Dies trägt zur Prozesssicherheit der Aufweitung bei.

Mit Fortschritt der Ausbildung des Nebenformelementes 23 bis zum Erreichen der Endform weicht die Membran 10 elastisch zurück. Zum Abschluss der Aufweitung weist das fertiggestellte Hohlprofil 22 nun ein Nebenformelement 23 auf, das nahezu vollständig an der gesamten Kontur des Abzweiges 4 anliegt (Fig. 4) . Die Membran 10 nimmt nun ihre Ausgangsposition ein und wird rückseitig von der den Abzweig 4 an der Stelle der Endlage der Stirnseite 24 des Nebenformelementes 23 abdeckenden Stützplatte 17 abgestützt. Hierbei kann es sich als sinn- co <! α ιQ ιQ tr r+ "3 (-¹ rr CΛ DJ ω co d σ co DJ Hi rt s: CL Φ S φ N ω tr Φ Ω <j φ O P- Φ Φ tr Φ Φ DJ o Φ rt P- d Ω φ a P- flj: tr O: Φ Φ Φ hj P- a d Φ Φ ^-^• tr o

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weitvorganges und Druckentlastung die Membran 10 aus einem gespannten Zustand heraus in die Ausgangslage zurückfedert. Dabei wird gesichert, dass es kein Anhaften der Membran 10 an der Stirnseite 24 des Nebenformelementes 23 und kein Verklemmen zwischen diesem und der Abzweigwandung 6 gibt. Diese Variante ist allerdings nur bei Nebenformelementen 23 sinnvoll, bei denen es nicht um eine besondere Konturierung der Stirnseite 24 geht. Des weiteren kann bauteilsparend die Stützplatte 17 entfallen. Hierzu kann das Druckmedium auch anderweitig der Membran 10 zugeführt werden. Nach Ende der AufWeitung wird zuerst der Innenhochdruck und dann der Stützdruck entspannt, so dass die gewünschte Endlage der Stirnseite 24 gehalten werden kann und keine weitere Umformung stattfindet. Das Druckverhältnis von Stützdruck und Innenhochdruck kann auch so sein, dass in der Endphase der Aufweitung der Stützdruck ansteigt, bis er in der Endlage der Stirnseite 24 nahezu gleich dem Innenhochdruck ist. Hierdurch kommt die Aufweitung zum Stillstand. Anschließend müssen beide Drücke gleichzeitig in gleichem Maße verringert werden, so dass eine weiterführende Umformung unterbleibt.

Diese Gegebenheit kann dadurch bewerkstelligt werden, dass die Vorrichtung eine Bypassleitung beinhaltet, die die Druckleitung des Innenhochdruckes mit der Druckleitung des Stützdruckes verbindet. In der Bypassleitung ist dazu ein steuerbares Ventil angeordnet, das während der Aufweitung die Bypassleitung geschlossen hält und nach Erreichen der Endlage der Stirnseite 24 des Nebenformelementes 23 die Bypassleitung öffnet. Hierbei wird in relativ einfacher Weise ein Druckausgleich geschaffen, der eine Formwahrung des Nebenformelementes 23 ermöglicht. Die beschriebene Drucksteuerung kann bei allen Vorrichtungsvarianten im Rahmen der Erfindung in der letzten Phase der Aufweitung verwandt werden und tritt dann an die Stelle der beschriebenen anderen Drucksteuerungen.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Nebenformelementen an einem umfänglich geschlossenen Hohlprofil, wobei ein Hohlprofilrohling mittels eines fluidischen Innenhochdruckes in einen von einer Gravur des Innenhochdruck-Umformwerkzeuges abgehenden Abzweig hinein unter Bildung des Nebenformelementes aufgeweitet wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das sich bildende Nebenformelement (23) mittels einer von einem äußeren Druck beaufschlagten Membran (10) während der Aufweitung entgegen der Aufweitrichtung abgestützt wird, derart, dass die Membran (10) mit Fortschritt der Ausbildung des Nebenformelementes (23) bis zum Erreichen der Endform e- lastisch zurückweicht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Abstützung des Nebenformelementes (23) unter sich mit dem Fortschritt der Aufweitung erhöhendem Stützdruck erfolgt.

3. Vorrichtung zur Herstellung von Nebenformelementen an einem umfänglich geschlossenen Hohlprofil, mit einem Innenhochdruckumformwerkzeug, in dessen Gravur ein Hohlprofilrohling einlegbar ist, wobei von der Gravur ein Abzweig radial abgeht, in den der Hohlprofilrohling mittels eines fluidischen Innenhochdruckes unter Bildung des Nebenformelementes aufweitbar ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Vorrichtung eine Membran (10) und einen Druckerzeuger beinhaltet, mittels dessen die Membran (10) über ein Druckmedium druckbeaufschlagbar ist, derart, dass die Membran (10) während der Auf eitung an dem sich bildenden Nebenformelement (23) entgegen der Aufweitrichtung abstützend anliegt, wobei die Membran (10) mit Fortschritt der Ausbildung des Nebenformelementes (23) bis zum Erreichen der Endform elastisch zurückweicht, und dass die Membran (10) den Abzweig (4) überspannend außerhalb der Längserstreckung der Gravur (2) am Werkzeug (1) angebracht ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Membran (10) in einer ringförmigen Aussparung innerhalb des Abzweiges (4) befestigt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Membran (10) an der Rückseite (12) des gravurtragenden Umformwerkzeuges (1) am Ende (9) des Abzweiges (4) befestigt ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Vorrichtung eine Stützplatte (17) enthält, die den Abzweig (4) an der Stelle der Endlage der Stirnseite (24) des Nebenformelementes (23) rückseitig der Membran (10) abdeckt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Stützplatte (17) von der hinsichtlich eines Stütz- und/oder Innenhochdruckes unbelasteten Membran (10) beabstandet ist .

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass in der Stützplatte (17) ein Druckkanal (18) verläuft, der einerseits mit dem Druckerzeuger verbunden ist und andererseits auf Seiten der Membran (10) ausmündet.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Endlage der Stirnseite (24) des Nebenformelementes (23) von der druckentlasteten Lage der Membran (10) beabstandet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das den Stützdruck übermittelnde Druckmedium flüssig o- der gasförmig ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Membran (10) aus einem reibarmen Werkstoff besteht oder mit einer reibarmen Beschichtung versehen ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Vorrichtung eine Bypassleitung beinhaltet, die die Druckleitung des Innenhochdruckes mit der Druckleitung des Stützdruckes verbindet und ein steuerbares Ventil enthält, das während der Aufweitung die Bypassleitung geschlossen hält und nach Erreichen der Endlage der Stirnseite (24) des Nebenformelementes (23) die Bypassleitung öffnet.