EP1673184A1 - Vorrichtung zum umformen eines umfänglich geschlossenen hohlprofils mittels fluidischen innenhochdrucks - Google Patents

Vorrichtung zum umformen eines umfänglich geschlossenen hohlprofils mittels fluidischen innenhochdrucks

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Publication number
EP1673184A1
EP1673184A1 EP04765273A EP04765273A EP1673184A1 EP 1673184 A1 EP1673184 A1 EP 1673184A1 EP 04765273 A EP04765273 A EP 04765273A EP 04765273 A EP04765273 A EP 04765273A EP 1673184 A1 EP1673184 A1 EP 1673184A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sealing ring
hollow profile
sealing
axial
ring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP04765273A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Kai-Uwe Dudziak
Ulrich Haag
Stephan Kuschel
Heinz-Rüdiger OTTE
Stefan Schwarz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
DaimlerChrysler AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by DaimlerChrysler AG filed Critical DaimlerChrysler AG
Publication of EP1673184A1 publication Critical patent/EP1673184A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D26/00—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces
    • 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
    • B21D26/033—Deforming tubular bodies
    • B21D26/045—Closing or sealing means

Definitions

  • the invention relates to a device for reshaping a circumferentially closed hollow profile by means of high fluid pressure according to the preamble of patent claim 1.
  • a generic device is known from DE 199 05 849 Cl.
  • the device described therein comprises an internal high-pressure forming tool, in the molding space of which a hollow profile can be inserted, the hollow hollow profile, which is closed at the periphery, being to be expanded into a final shape by means of fluidic internal high pressure when the internal high-pressure forming tool is closed.
  • the device further comprises an axial punch, by means of which the hollow profile is to be sealed at the end and which has an axial through-channel, via which a pressure fluid can be introduced into the interior of the hollow profile for expansion.
  • the plunger head of the axial plunger which plunges into the hollow profile according to FIG. 5 and FIG. 7, is designed as an elastic sealing body and consists of polyurethane.
  • the elastic sealing body has on its end face a trough-like recess, the circumferential wall of the hollow profile projecting into the hollow profile can be expanded radially elastically during the expansion process up to the sealing contact on the inner wall of the hollow profile. If an axial punch designed in this way is now profile is pushed in, the sealing body of the axial ram inevitably comes into contact with the sharp inner edge of the hollow profile end, which is often provided with metal shavings, so that the sealing body is damaged just when it is inserted into the hollow profile. Further damage to the sealing body occurs when the axial plunger is pulled out after the hollow profile has been expanded.
  • the invention is based on the object of developing a generic device in such a way that its sealing ability is permanently maintained.
  • the inventive design of the stamp on the one hand and the sealing body on the other hand is due to the protrusion of the stamp head, which is formed by its collar, when inserting the stamp head into the hollow profile adequately protected against contact with the inner edge of the hollow profile end.
  • the collar is in the insertion position of the axial ram with only slight play within the hollow profile, so that it is possible that the collar came into brief contact with the end of the hollow profile during insertion.
  • the annular collar does not necessarily have to provide the preliminary sealing ability of the axial stamp, but is instead fulfilled by a radially protruding stop of the axial stamp adjoining the annular collar, the wear on the annular collar, which can result from contact with the hollow profile end, is only marginal.
  • the collar is thus in the use position of the axial punch within the hollow profile without the formation of an interference fit between it and the hollow profile end, which is known from the prior art.
  • the sealing body as a sealing ring, it can be easily mounted on the stamp head. It can also be easily replaced if it is deemed necessary for different hollow profiles. It is therefore not necessary for each application, that is to say to use a different axial punch for different hollow profiles of different diameters or cross sections. This considerably simplifies the outlay in terms of apparatus for the device according to the invention.
  • the protection that the sealing ring receives from the ring collar ensures that the axial plunger and thus the device are permanently sealed.
  • the edge of the ring collar tapers conically towards the end face of the stamp head.
  • the sealing ring is supported on the end face of the collar. This gives the sealing ring a particularly secure, large-area contact and is fixed on one side in the axial direction against slipping. At the same time, the end face forms a stop for the sealing ring so that the sealing ring subjected to flow can expand.
  • the sealing ring is supported on its recess base in the direction of the end face of the stamp head by a positioning ring which is embedded in a groove of the extension. By arranging the positioning ring, the sealing ring is axially fixed towards the face of the stamp head.
  • a spacer ring is arranged between the positioning ring and the recess base of the sealing ring. Due to the arrangement of a spacer ring, it is not only easier to mount the positioning ring and thus the sealing ring in its fixation, but it is now also possible to press the sealing ring onto the ring collar when installing via the spacer ring and after inserting the positioning ring into the groove of the extension to leave the sealing ring in its preloaded position.
  • the pressure of the sealing ring on the ring collar ensures that the pressure fluid that flows around the sealing ring for a short time when flowing into the hollow profile does not enter the joint between the sealing ring and the Penetrate the collar of the stamp head and thus can undermine the sealing ability of the sealing ring.
  • annular bead is formed on the outside of the sealing ring, which projects radially beyond the entire ring collar of the stamp.
  • a circumferential groove is incorporated on the outside of the sealing ring near its end facing away from the ring collar, in which a retaining ring is accommodated which has the same or different elasticity from that of the sealing ring.
  • the retaining ring which can be made of a hard material such as polytetrafluoroethylene or the like and is so thin that it does not come into contact with the inner edge of the hollow profile when the stamp head is immersed in the hollow profile and is therefore not subject to wear, has the effect that the sealing ring is optimally protected against folding and extrusion into the system joint between the stop of the punch body and the end of the hollow profile.
  • the retaining ring which holds the sealing ring together to a certain extent when it is spread, is actually designed in such a way that it can take over the function of the ring bead mentioned above.
  • a circular centering plate with eccentric through bores is provided on the extension, the sealing ring in front of the end face of the stamp head, with a central passage, which radially extends beyond the sealing ring.
  • the arrangement of the centering plate has an advantageous effect in the case of non-circular tubes, in that it is introduced into the hollow profile as a protective shield in front of the sealing ring and at the same time centers the axial punch within the non-circular tube. This means that the sealing ring cannot come into weary contact with the hollow profile.
  • the purpose of the eccentric through bores is that the pressure fluid introduced can flow onto the sealing ring, so that it can develop its spreading movement and thus its sealing ability.
  • FIG. 1 shows a device for forming a circumferentially closed hollow profile 1 by means of fluidic internal high pressure, which includes an internal high pressure forming tool 2, in the mold space 3 of which the hollow profile 1 is inserted.
  • the device further includes at least one axial ram 4 for sealing the hollow profile 1 at the end.
  • the axial ram 4 has a central axial through-channel 5, which feeds a pressure fluid into the hollow profile 1, which is connected at an end 6 facing away from a hollow profile to a high-pressure fluid production system, which promotes the pressure fluid, and which opens out on the end face 7 of its punch head 8 which dips into the hollow profile 1 in the use position.
  • the punch head 8 which can be inserted into the hollow profile 1, is rigidly connected to the remaining punch body 9 of the axial punch 4 and is formed by an annular collar 10 formed on the axial punch 4 and a tapered extension 11 adjoining this to the front face 7 of the head 8.
  • the extension 11 is arranged in the center and is penetrated by the through channel 5.
  • the axial ram 4 also has on its ram body 9 a radially circumferential stop which, in the use position of the axial ram feed 4, bears against the end edge 12 of the hollow profile end 13.
  • the stop is formed here by the end face 14 of a sleeve 15 screwed onto the stamp body 9 or fastened in another way to the stamp body 9. For positioning the sleeve 15 during assembly on the stamp body 9 strikes the end face 14 of the rear face 16 of the collar 10.
  • the axial punch 4 carries a sealing body which is designed as a sealing ring 17, which is pushed onto or pushed onto the extension 11 of the punch head 8.
  • the sealing ring 17 is supported on the end face 18 of the collar 10 facing the hollow profile 1.
  • the radially elastically expandable sealing ring 17 consists, for example, of an elastomer or polyurethane. It has on its end face 19 facing the hollow profile 1 a trough-like depression 20, the circumferential wall 21 of which is spread out inside the hollow profile 1 by means of the inflowing pressure fluid until it seals against the inner wall 22 of the hollow profile 1.
  • the sealing ring 17 is also supported on its recess base 23 in the direction of the end face 7 of the punch head 8 by a positioning ring 24 which is embedded in a groove 25 of the extension 11.
  • a spacer ring 26 is also arranged between the positioning ring 24 and the recess base 23 of the sealing ring 17. Due to the support by means of the positioning ring 24 and the spacer ring 26 on the one hand and by the support on the end face 18 of the collar 10, the sealing ring 17 is axially fixed on the punch head 8.
  • the outer diameter of the sealing ring 17 is selected such that it lies within the hollow profile 1 with some play in the position of use of the axial stem feed 4.
  • the outer diameters of the outer side 27 of the sealing ring 17 and the edge 28 of the ring collar 10 are coordinated with one another in such a way that the latter extends all around the sealing ring 17 in the radial direction at least at one point.
  • the edge 28 of the collar 10 tapers towards the end face 7 of the punch head 8. African, which forms a small annular chamber 30 between the edge 28 of the inner wall 22 of the hollow profile 1 and the back 29 of the sealing ring 17, which is supported on the annular collar 10, into which a partial amount of the pressure fluid can briefly flow in during filling.
  • the hollow profile 1 is now filled with the pressure fluid conveyed by the high-pressure fluid production system via the through-channel 5 of the axial plunger 7, this flows back into the recess 20 of the sealing ring 17, causing the elastic sealing ring 17 to spread out on its circumferential wall 21 due to the flow pressure until it is pressed against the inner wall 22 of the hollow profile 1.
  • a partial amount of pressure fluid flows past the sealing ring 17 into the chamber 30, which creates a suction effect which supports the spreading of the sealing ring 17 and thus accelerates the sealing during filling.
  • the trough shape of the recess 20 serves to better convert the flow force of the inflowing pressure fluid into a radial spreading movement of the circumferential wall 21 of the sealing ring 17.
  • the pressure fluid is subjected to high pressure, as a result of which the circumferential wall 21 of the sealing ring 17 is extremely is pressed against the inner wall 22 of the hollow profile 1, so that a fluid-pressure-tight seal of the hollow profile 1 to the outside is ensured.
  • annular bead 31 is formed on the outside 27 of the sealing ring 17, which projects radially beyond the entire ring collar 10 of the stamp 4 and is located near the end face 19 of the sealing ring 17.
  • the annular bead 31 can subsequently be injection molded onto the sealing ring 17 or can also be molded during its manufacture. Due to the annular bead 31 is already when the axial plunger 4 is immersed in the hollow profile 1 before the filling process, a seal is created.
  • a circumferential groove 32 is incorporated on the outside 27 of the sealing ring 17 near its end face 19 facing away from the ring collar, in which a retaining ring 33 is accommodated which has a lower elasticity than the sealing ring 17 has.
  • the retaining ring 33 is oversized with respect to the diameter of the inner wall 22 of the hollow profile 1, the retaining ring 33, which is preferably in the form of a quad ring or 0 ring, assumes the provisional sealing function at the start of the filling process. Due to its constricting effect on the sealing ring 17, the retaining ring gives
  • the sealing ring 17 provides better protection against folding and extrusion into the space between the punch head 8 and the inner wall 22 of the hollow profile 1.
  • a centering plate 34 is arranged on the extension 11, which radially extends beyond the sealing ring 17 and the annular collar 10.
  • the centering plate 34 is located in front of the sealing ring 17 towards the end face 7 of the punch head 8 and is fastened to the extension 11 with a central passage 35, it being advantageous for the assembly if - as here - the centering plate 34 is screwed onto the extension 11 can be. So that the sealing ring 17 despite the upstream centering plate
  • eccentric through holes 36 are formed in the circular centering plate 34.
  • one or more radial channels branch off from the through-channel 5 of the axial plunger 4 at the location of the depression 20 of the sealing ring 17 and open out into the depression 20.
  • the circumferential wall 21 of the sealing ring 17 can be acted upon in an early phase of the filling process by branching off pressure fluid via the radial channels and thereby being expanded. This creates a very early seal.
  • the device according to the invention which enables the hollow profile 1 to be sealed from the outside without axial force, it is now possible, compared to seals without non-axial force, to widen and calibrate the hollow profiles 1 by means of internal high pressure without shortening the component length, since the axial force which occurs when the hollow profile 1 is sealed leads to a component-shortening thickening of the hollow profile end. At the same time, wrinkles that are normally caused by the sealing force component of the axial plunger in the case of seals without non-axial force are also avoided.
  • the sleeve 15 can be used for axial feeding during the forming process at any time during the forming process.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Umformen eines umfänglich geschlossenen Hohlprofils (1) mittels fluidischen Innenhochdrucks. Die Vorrichtung beinhaltet einen Axialstempel (4) zur endseitigen Abdichtung des Hohlprofils (1), der einen Druckfluid zuführenden axialen Durchgangskanal (5) besitzt. Der Axialstempel (4) weist einen Dichtkörper auf, welcher an seiner Stirnseite (19) eine trogartige Vertiefung (20) besitzt, deren umlaufende Wandung (21) innerhalb des Hohlprofils (1) mittels Druckfluid radialelastisch bis zur abdichtenden Anlage an der Innenwandung (22) des Hohlprofils (1) aufspreizbar ist. Zur dauerhaften Erhaltung der Abdichtfähigkeit der Vorrichtung soll der Axialstempel (4) einen durch einen Ringbund (10) und einen sich an diesen zur Stirnseite (7) des Kopfes (8) anschliessenden verjüngten Fortsatz (11) gebildeten Stempelkopf (8) sowie an seinem Stempelkörper (9) einen radialen umlaufenden Anschlag zur Anlage an der Abschlusskante (12) des Hohlprofilendes (13) aufweisen. Der als Dichtring (17) ausgebildete Dichtkörper ist auf dem Fortsatz (11) fixiert, wobei der Rand (28) des Ringbundes (10) die Aussenseite (27) des Dichtringes (17) an zumindest einer Stelle in radialer Richtung umlaufend überragt.

Description

DaimlerChrysler AG
Vorrichtung zum Umformen eines umfänglich geschlossenen Hohlprofils mittels fluidischen Innenhochdrucks
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Umformen eines umfänglich geschlossenen Hohlprofils mittels fluidischen Innenhochdrucks gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Eine gattungsgemäße Vorrichtung ist aus der DE 199 05 849 Cl bekannt. Die dort beschriebene Vorrichtung umfasst ein Innen- hochdruckumformwerkzeug, in dessen Formraum ein Hohlprofil einlegbar ist, wobei bei Schließen des Innenhochdruckumfor - werkzeuges das umfänglich geschlossene Hohlprofil mittels fluidischen Innenhochdruckes in eine Endform ausgeweitet werden soll. Die Vorrichtung umfasst des Weiteren einen Axialstempel, mittels dem das Hohlprofil endseitig abgedichtet werden soll und der einen axialen Durchgangskanal besitzt, über den zur Aufweitung ein Druckfluid in das Hohlprofilinnere eingeleitet werden kann. Der gemäß Figur 5 und Figur 7 in das Hohlprofil eintauchende Stempelkopf des Axialstempels ist als elastischer Dichtkörper ausgebildet und besteht aus Polyurethan. Der elastische Dichtkörper weist an seiner Stirnseite eine trogartige Vertiefung auf, deren in das Hohlprofil hineinstehende umlaufende Wandung mittels eines Druckfluides beim Aufweitprozess radialelastisch bis zur abdichtenden Anlage an der Innenwandung des Hohlprofils aufspreizbar ist. Wenn nun ein derartig ausgebildeter Axialstempel in das Hohl- profil hineingeschoben wird, gelangt der Dichtkörper des Axialstempels unweigerlich mit der scharfen, häufig mit Metall- spänen versehenen Innenkante des Hohlprofilendes in Berührung, so dass der Dichtkörper allein schon beim Einschieben in das Hohlprofil beschädigt wird. Eine weitere Beschädigung des Dichtkörpers ergibt sich beim Herausziehen des Axialstempels nach erfolgter Aufweitung des Hohlprofils. Zwar wird diesem Problem zu einem gewissen Ausmaß abgeholfen; zum einen indem in den Dichtkörper vorab eine Verschleißleiste integriert ist, die im Wesentlichen mit der Innenkante des Hohlprofilendes in Kontakt kommt, oder zum anderen durch die Anordnung eines Stahlaufsatzes, der den Dichtkörper trägt, wobei allein dessen Außenseite mit der Innenkante des Hohlprofilendes in Kontakt kommt. Jedoch sind diese Maßnahmen zum einen herstellungstechnisch relativ aufwändig und bieten zum anderen keine ausreichende Abdichtung des Hohlprofils gegenüber dem zur Aufweitung in das Hohlprofil einströmenden Druckfluid. Des Weiteren unterliegt die Verschleißleiste sowie der Teil des Stahlaufsatzes, der mit dem Hohlprofil in Berührung kommt, ebenfalls einem Verschleiß, was nach mehrfacher Verwendung des Axialstempeis zu einem Versagen der Dichtfähigkeit führt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung dahingehend weiterzubilden, dass deren Abdichtfähigkeit dauerhaft erhalten bleibt .
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst .
Dank der erfindungsgemäßen Ausbildung des Stempels einerseits und des Dichtkörpers andererseits ist dieser durch den Überstand des Stempelkopfes, der von dessen Ringbund gebildet ist, beim Einschieben des Stempelkopfes in das Hohlprofil ausreichend gegenüber einem Kontakt mit der Innenkante des Hohlprofilendes geschützt. Der Ringbund liegt in Einschiebestellung des Axialstempels mit nur geringem Spiel innerhalb des Hohlprofils, so dass es möglich ist, dass der Ringbund mit dem Hohlprofilende beim Einschieben kurzzeitig in Kontakt gelang . Da der Ringbund die vorläufige Dichtfähigkeit des Axialstempels nicht zwingender Weise aufbringen muss, sondern dies von einem sich an den Ringbund anschließenden radial abstehenden Anschlag des Axialstempels erfüllt wird, ist der Verschleiß am Ringbund, der durch den Kontakt mit dem Hohl- profilende entstehen kann, nur marginal . Der Ringbund liegt also in Gebrauchsstellung des Axialstempels innerhalb des Hohlprofils ohne die Ausbildung einer Presspassung zwischen ihm und dem Hohlprofilende, die aus dem Stand der Technik bekannt ist. Durch die Ausbildung des Dichtkδrpers als Dichtring ist dieser in einfacher Weise am Stempelkopf montierbar. Zudem kann er leicht ausgewechselt werden, wenn dies bei unterschiedlichen Hohlprofilen für notwendig erachtet wird. Somit ist es nicht erforderlich für jeden Anwendungszweck, das heißt, für verschiedene Hohlprofile unterschiedlichen Durchmessers oder Querschnitts jeweils einen anderen Axialstempel einzusetzen. Dadurch wird der apparative Aufwand der erfindungsgemäßen Vorrichtung erheblich vereinfacht. Durch den Schutz, den der Dichtring durch den Ringbund erfährt, bleibt die Abdichtfähigkeit des Axialstempels und damit der Vorrichtung dauerhaft erhalten.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 2 verjüngt sich der Rand des Ringbundes zur Stirnseite des Stempelkopfes hin konisch. Hierdurch wird innerhalb des Hohlprofils hinter dem Dichtring eine Ringkammer geschaffen, in die das über den axialen Durchgangskanal des Axialstempels in das Hohlprofil eintretende Druckfluid am Dichtring vorbei teilweise einströmen kann. Dadurch ergibt sich eine Sogwir- kung auf den Dichtring, wodurch dessen umlaufende Wandung schneller aufgespreizt wird.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 3 stützt sich der Dichtring an der Stirnseite des Ringbundes ab. Dadurch wird dem Dichtring eine besonders sichere, großflächige Anlage verliehen und ist auf dem Stempelkopf in axialer Richtung einseitig gegen Verrutschen fixiert. Gleichzeitig bildet die Stirnseite einen Anschlag für den Dichtring aus, so dass der strδmungsbeaufschlagte Dicht- ring sich aufspreizen kann.
In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 4 ist der Dichtring an seinem Vertiefungsgrund in Richtung der Stirnseite des Stempelkopfes durch einen Positionierungsring abgestützt, der in einer Nut des Fortsatzes eingelassen ist. Durch die Anordnung des Positionierungsringes wird der Dichtring zur Stirnseite des Stempelkopfes hin axial fixiert.
In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung nach Anspruch 5 ist zwischen dem Positionierungsring und dem Vertiefungsgrund des Dichtringes ein Distanzring angeordnet. Auf Grund der Anordnung eines Distanzringes lässt sich nicht nur der Positionierungsring und damit der Dichtring in seiner Fixierung einfacher montieren, sondern es ist nun auch möglich, bei der Montage über den Distanzring den Dichtring am Ringbund anzupressen und nach Einlassung des Positionierungsringes in der Nut des Fortsatzes den Dichtring in seiner vorgespannten Lage zu belassen. Durch die Anpressung des Dichtringes an den Ringbund wird erreicht, dass das Druckfluid, das beim Einfließen in das Hohlprofil den Dichtring für kurze Zeit umströmt, nicht in die Fuge zwischen dem Dichtring und dem Ringbund des Stempelkopfes eindringen und damit die Dichtfähigkeit des Dichtringes untergraben kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 6 ist an der Außenseite des Dichtringes ein Ringwulst ausgebildet, der den gesamten Ringbund des Stempels radial überragt. Mittels des Ringwulstes der bezüglich des Innendurchmessers des Hohlprofils ein geringes Übermaß aufweist, wird beim Einschieben des Axialstempels in das Hohlprofil bereits eine vorläufige Abdichtung erreicht, da der Ringwulst an der Innenwandung des Hohlprofils elastisch anliegen kann. Beim Eintauchen in das Hohlprofil unterliegt zwar der Ringwulst einem bestimmten Verschleiß, da er mit der Innenkante des Hohlprofils in Berührung kommt, jedoch gerät der Dichtring als Ganzes in seiner Dichtfähigkeit nicht in Mitleidenschaft, da der Verschleiß den eigentlichen Dichtring nicht eingreift. Auf Grund dieser vorläufigen Abdichtung entsteht beim Einströmen des Druckfluids in das Hohlprofilinnere keine Leckage, die aus der Anlagenfuge zwischen dem Anschlag des Stempelkörpers am Hohlprofil austreten könnte.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist an der Außenseite des Dichtringes nahe seiner Ringbund abgewandten Stirnseite eine umlaufende Nut eingearbeitet, in der ein Rückhaltering aufgenommen ist, der eine gleiche oder von der des Dichtringes abweichende Elastizität besitzt. Durch den Rückhaltering, der aus einem Hartstoff wie beispielsweise Polytetrafluorethylen oder ähnlichem bestehen kann und derartig dünn ist, dass er beim Eintauchen des Stempelkopfes in das Hohlprofil nicht in Kontakt mit der Innenkante des Hohl- profils gerät und somit keinem Verschleiß unterliegt, wird bewirkt, dass der Dichtring gegen Umklappen und Extrusion in die Anlagefuge zwischen dem Anschlag des Stempelkörpers und dem Ende des Hohlprofils bestens geschützt ist. Es ist jedoch im Rahmen der Erfindung auch denkbar, dass der Rückhaltering, der den Dichtring beim Aufspreizen in gewissem Ausmaß zusammenhält, tatsächlich so gestaltet ist, dass er die Funktion des oben genannten Ringwulstes übernehmen kann.
In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 8 ist auf dem Fortsatz, dem Dichtring zur Stirnseite des Stempelkopfes hin vorgelagert, mit einer zentralen Durchführung eine kreisrunde mit außermittigen Durchgangsbohrungen versehene Zentrierplatte angeordnet, die den Dichtring umlaufend radial überragt. Die Anordnung der Zentrierplatte wirkt sich vorteilhaft bei unrunden Rohren aus, in dem sie quasi als Schutzschild vor dem Dichtring in das Hohl- profil eingeführt wird und dabei gleichzeitig den Axialstempel innerhalb des unrunden Rohres zentriert. Damit kann der Dichtring nicht in verschleißende Berührung mit dem Hohlprofil gelangen. Die außermittigen Durchgangsbohrungen haben den Zweck, dass das eingeleitete Druckfluid auf den Dichtring strömen kann, so dass dieser seine aufspreizende Bewegung und damit seine Dichtfähigkeit entfalten kann.
Im Folgenden ist die Erfindung anhand mehrerer in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert .
Dabei zeigt :
Fig. 1 in einem seitlichen Längsschnitt ausschnittsweise einen Axialstempel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in Gebrauchslage innerhalb des Hohlprofils,
Fig. 2 in einem seitlichen Längsschnitt den Axialstempel aus Figur 1 mit einem an einem Dichtring des Axial- stempeis ausgebildeten Ringwulst, Fig. 3 in einem seitlichen Längsschnitt den Axialstempel aus Figur 1 mit einem an einem Dichtring des Axial- stempeis außenseitig eingelassenen Rückhaltering,
Fig. 4 in einem seitlichen Längsschnitt den Axialstempel aus Figur 1 mit einer einem Dichtring des Axial- stempeis stirnseitig vorgelagerten Zentrierplatte.
In Figur 1 ist eine Vorrichtung zum Umformen eines umfänglich geschlossenen Hohlprofils 1 mittels fluidischen Innenhochdrucks dargestellt, welche ein Innenhochdruckumformwerkzeug 2 beinhaltet, in dessen Formraum 3 das Hohlprofil 1 eingelegt ist. Die Vorrichtung beinhaltet des Weiteren zumindest einen Axialstempel 4 zu endseitigen Abdichtung des Hohlprofils 1. Der Axialstempel 4 besitzt einen mittig verlaufenden, ein Druckfluid in das Hohlprofil 1 zuführenden, axialen Durchgangskanal 5, der an einem Hohlprofil abgewandten Ende 6 mit einer Fluidhochdruckerzeugungsanlage verbunden ist, welche das Druckfluid fördert, und der an der Stirnseite 7 seines in Gebrauchsstellung in das Hohlprofil 1 eintauchenden Stempel- köpfes 8 ausmündet. Der in das Hohlprofil 1 einschiebbare Stempelkopf 8 ist mit dem restlichen Stempelkörper 9 des Axialstempels 4 starr verbunden und ist durch einen am Axial- Stempel 4 ausgeformten Ringbund 10 und einen sich an diesen zur Stirnseite 7 des Kopfes 8 anschließenden verjüngten Fortsatz 11 gebildet. Der Fortsatz 11 ist mittig angeordnet und wird von dem Durchgangskanal 5 durchsetzt. Der Axialstempel 4 weist des Weiteren an seinem Stempelkörper 9 einen radial umlaufenden Anschlag auf, der in Gebrauchsstellung des Axial- stempeis 4 an der Abschlusskante 12 des Hohlprofilendes 13 anliegt. Der Anschlag wird hier durch die Stirnseite 14 einer auf den Stempelkόrper 9 aufgeschraubten oder in anderer Weise auf dem Stempelkόrper 9 befestigten Hülse 15 gebildet. Zur Positionierung der Hülse 15 bei der Montage am Stempelkörper 9 schlägt deren Stirnseite 14 an der Rückseite 16 des Ringbundes 10 an.
Der Axialstempel 4 trägt einen Dichtkörper der als Dichtring 17 ausgebildet ist, welcher auf den Fortsatz 11 des Stempelkopfes 8 aufgeschoben oder aufgesteckt ist. Hierbei stützt sich der Dichtring 17 an der dem Hohlprofil 1 zugewandten Stirnseite 18 des Ringbundes 10 ab. Der radialelastisch auf- spreizbare Dichtring 17 besteht beispielsweise aus einem E- lastomer oder Polyurethan. Er weist an seiner dem Hohlprofil 1 zugewandten Stirnseite 19 eine trogartige Vertiefung 20 auf, deren umlaufende Wandung 21 innerhalb des Hohlprofils 1 mittels des einströmenden Druckfluid bis zur abdichtenden Anlage an der Innenwandung 22 des Hohlprofils 1 die Aufspreizung erfährt . Der Dichtring 17 ist des Weiteren an seinem Vertiefungsgrund 23 in Richtung der Stirnseite 7 des Stempel- köpfes 8 durch einen Positionierungsring 24 abgestützt, der in einer Nut 25 des Fortsatzes 11 eingelassen ist. Zwischen dem Positionierungsring 24 und dem Vertiefungsgrund 23 des Dichtringes 17 ist zudem ein Distanzring 26 angeordnet. Durch die Abstützung mittels des Positionierungsrings 24 und des Distanzrings 26 einerseits und durch die Abstützung an der Stirnseite 18 des Ringbundes 10 ist der Dichtring 17 am Stempelkopf 8 axial fixiert. Der Außendurchmesser des Dichtringes 17 ist derart gewählt, dass er in Gebrauchslage des Axial- stempeis 4 mit einigem Spiel innerhalb des Hohlprofils 1 liegt . Des Weiteren sind die Außendurchmesser der Außenseite 27 des Dichtringes 17 und des Randes 28 des Ringbundes 10 so aufeinander abgestimmt, dass dieser den Dichtring 17 an zumindest einer Stelle in radialer Richtung umlaufend überragt. Das heißt, es existiert am Ringbund 10 zumindest eine Stelle, die umlaufend radial größer ist als die gesamte Außenseite 27 des Dichtringes 17. Der Rand 28 des Ringbundes 10 verjüngt sich im übrigen zur Stirnseite 7 des Stempelkopfes 8 hin ko- nisch, wodurch sich zwischen dem Rand 28 der Innenwandung 22 des Hohlprofils 1 und der sich am Ringbund 10 abstützenden Rückseite 29 des Dichtringes 17 eine kleine ringförmige Kammer 30 ausbildet, in die eine Teilmenge des Druckfluides beim Befüllen kurzzeitig einströmen kann.
Wird nun das Hohlprofil 1 über den Durchgangskanal 5 des Axialstempels 7 mit dem von der Fluidhochdruckserzeugungsanlage geförderten Druckfluid befüllt, strömt dieses rückschlagend in die Vertiefung 20 des Dichtringes 17, wodurch sich der e- lastische Dichtring 17 auf Grund des Strömungsdrucks an seiner umlaufenden Wandung 21 aufspreizt, bis diese an die Innenwandung 22 des Hohlprofils 1 gepresst wird. Gleichzeitig strömt - wie schon erwähnt - eine Teilmenge an Druckfluid am Dichtring 17 vorbei in die Kammer 30, wodurch eine Sogwirkung entsteht die das Aufspreizen des Dichtrings 17 unterstützt und damit die Abdichtung beim Befüllen beschleunigt. Die Trogform der Vertiefung 20 dient dabei zur besseren Umsetzung der Strömungskraft des einströmenden Druckfluids in eine radiale Aufspreizbewegung der umlaufenden Wandung 21 des Dichtrings 17. Wird nun das Hohlprofil 1 umgeformt, wird das Druckfuid unter Hochdruck gesetzt, wodurch die umlaufende Wandung 21 des Dichtringes 17 extrem an der Innenwandung 22 des Hohlprofils 1 angepresst wird, so dass eine fluid- hochdruckfeste Abdichtung des Hohlprofils 1 nach außen gesichert ist.
Eine Variante der Erfindung zeigt Figur 2. Hierbei ist an der Außenseite 27 des Dichtringes 17 ein Ringwulst 31 ausgebildet, der den gesamten Ringbund 10 des Stempels 4 radial überragt und der sich nahe der Stirnseite 19 des Dichtrings 17 befindet. Der Ringwulst 31 kann nachträglich an den Dichtring 17 angespritzt sein oder auch bei dessen Herstellung mit ausgeformt werden. Auf Grund des Ringwulstes 31 wird bereits beim Eintauchen des Axialstempels 4 in das Hohlprofil 1 vor dem Befüllvorgang eine Abdichtung geschaffen.
In einer weiteren Variante der Erfindung nach Figur 3 ist abweichend von den Varianten von Figur 1 und 2 an der Außenseite 27 des Dichtringes 17 nahe seiner Ringbund abgewandten Stirnseite 19 eine umlaufende Nut 32 eingearbeitet in der ein Rückhaltering 33 aufgenommen ist, der eine geringere Elastizität als der Dichtring 17 besitzt. Bei Übermaß des Rückhalteringes 33 bezüglich des Durchmesser der Innenwandung 22 des Hohlprofils 1 übernimmt der als vorzugsweise Quadring oder 0- Ring ausgebildete Rückhaltering 33 die vorläufige Dichtfunktion bei Prozessbeginn des Befüllens. Durch seine einschnürende Wirkung auf den Dichtring 17 verleiht der Rückhaltering
33 dem Dichtring 17 einen besseren Schutz gegen Umklappen und Extrusion in den Zwischenraum zwischen Stempelkopf 8 und der Innenwandung 22 des Hohlprofils 1.
In Abweichung zu den vorangegangenen Ausführungsbeispielen ist in einer Variante der Erfindung nach Figur 4 auf dem Fortsatz 11 eine Zentrierplatte 34 angeordnet, die den Dichtring 17 sowie den Ringbund 10 umlaufend radial überragt. Die Zentrierplatte 34 ist dem Dichtring 17 zur Stirnseite 7 des Stempelkopfes 8 hin vorgelagert und ist mit einer zentralen Durchführung 35 auf dem Fortsatz 11 befestigt, wobei es für die Montage von Vorteil ist, wenn - wie hier - die Zentrierplatte 34 auf den Fortsatz 11 aufgeschraubt werden kann. Damit der Dichtring 17 trotz der vorgelagerten Zentrierplatte
34 von dem eingeleiteten Druckfluid angeströmt werden kann, so dass die Aufspreizbewegung erfolgen kann, sind in der kreisrunden Zentrierplatte 34 außermittige Durchgangsbohrungen 36 ausgebildet. Bei allen vorgenannten Varianten ist es zusätzlich denkbar, dass von dem Durchgangskanal 5 des Axialstempels 4 am Ort der Vertiefung 20 des Dichtrings 17 ein oder mehrere Radialkanäle abzweigen, die in die Vertiefung 20 ausmünden. Dadurch kann die umlaufende Wandung 21 des Dichtrings 17 schon in einer frühen Phase des Befüllvorganges durch eine Abzweigung von Druckfluid über die Radialkanäle beaufschlagt und dabei aufgespreizt werden. Dabei wird eine sehr frühe Abdichtung geschaffen.
Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung, die eine axialkraft- freie Abdichtung des Hohlprofils 1 nach außen ermöglicht, ist es nun gegenüber nichtaxialkraftfreien Abdichtungen möglich, Hohlprofile 1 mittels Innenhochdruck aufzuweiten und zu kalibrieren ohne die Bauteillänge zu verkürzen, da die Axialkraft, die beim Abdichten das Hohlprofil 1 zu einer bauteil- verkürzenden Aufdickung des Hohlprofilendes führt, entfällt. Gleichzeitig werden auch Falten vermieden, die normalerweise durch den Dichtkraftanteil der Axialstempel bei nichtaxialkraftfreien Abdichtungen entstehen. Im Übrigen kann über die Hülse 15 ein axiales Nachschieben während der Umformung bei Bedarf zu jeder Zeit während des Umformprozesses stattfinden.

Claims

DaimlerChrysler AGPatentansprüche
Vorrichtung zum Umformen eines umfänglich geschlossenen Hohlprofils mittels fluidischen Innenhochdrucks, mit einem Innenhochdruckumformwerkzeug, in dessen Formraum das Hohlprofil einlegbar ist, mit zumindest einem Axialstempel zur endseitigen /Abdichtung des Hohlprofils, der einen Druckfluid zuführenden axialen Durchgangskanal besitzt, wobei der Axialstempel einen Dichtkörper aufweist, welcher an seiner Stirnseite eine trogartige Vertiefung besitzt, deren umlaufende Wandung innerhalb des Hohlprofils mittels Druckfluid radialelastisch bis zur abdichtenden Anlage an der Innenwandung des Hohlprofils aufspreizbar ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Axialstempel (4) einen mit dem restlichen Stempelkörper (9) starr verbundenen, in das Hohlprofil (1) einschiebbaren Stempelkopf (8) aufweist, der durch einen Ringbund (10) und einen sich an diesen zur Stirnseite (7) des Kopfes (8) anschließenden verjüngten Fortsatz (11) gebildet ist, dass der Dichtkörper ein Dichtring (17) ist, der auf den Fortsatz (11) aufgeschoben und dort fixiert ist, wobei der Rand (28) des Ringbundes (10) die Außenseite (27) des Dichtringes (17) an zumindest einer Stelle in radialer Richtung umlaufend überragt, und dass der Axialstempel (4) an seinem Stempelkörper (9) einen radialen umlaufenden Anschlag zur Anlage an der Abschlusskante (12) des Hohlprofilendes (13) auf eist.
2. Vorrichtung 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 der Rand (28) des Ringbundes (10) sich zur Stirnseite (7) des Stempelkopfes (8) hin konisch verjüngt.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Dichtring (17) sich an der Stirnseite (18) des Ringbundes (10) abstützt.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Dichtring (17) an seinem Vertiefungsgrund (23) in Richtung der Stirnseite (7) des Stempelkopfes (8) durch einen Positionierungsring (24) abgestützt ist, der in einer Nut (25) des Fortsatzes (11) eingelassen ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zwischen dem Positionierungsring (24) und dem Vertiefungsgrund (23) des Dichtringes (17) ein Distanzring (26) angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass an der Außenseite (27) des Dichtringes (17) ein Ringwulst (31) ausgebildet ist, der den gesamten Ringbund (10) des Stempels (4) radial überragt.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass an der Außenseite (27) des Dichtringes (17) nahe seiner ringbundabgewandten Stirnseite (19) eine umlaufende Nut (32) eingearbeitet ist, in der ein Rückhaltering (33) aufgenommen ist, der eine gleiche oder von der des Dichtringes (17) abweichende Elastizität besitzt.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass auf dem Fortsatz (11) dem Dichtring (17) zur Stirnseite (7) des Stempelkopfes (8) hin vorgelagert mit einer zentralen Durchführung (35) eine kreisrunde mit außermittigen Durchgangsbohrungen (36) versehene Zentrierplatte (34) angeordnet ist, die den Dichtring (17) umlaufend radial überragt .
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