EP3275567A1 - Vorrichtung und verfahren zum hydraulischen hochgeschwindigkeits-hochdruckumformen - Google Patents

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EP3275567A1
EP3275567A1 EP17400044.8A EP17400044A EP3275567A1 EP 3275567 A1 EP3275567 A1 EP 3275567A1 EP 17400044 A EP17400044 A EP 17400044A EP 3275567 A1 EP3275567 A1 EP 3275567A1
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EP
European Patent Office
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pressure
blank
medium
active
active medium
Prior art date
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Pending
Application number
EP17400044.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Matthias Prof.Dr.-Ing HERMES
Marcus Böhmer
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.)
Fachhochschule Suedwestfalen
Original Assignee
Fachhochschule Suedwestfalen
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Filing date
Publication date
Application filed by Fachhochschule Suedwestfalen filed Critical Fachhochschule Suedwestfalen
Publication of EP3275567A1 publication Critical patent/EP3275567A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • 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
    • B21D26/021—Deforming sheet bodies
    • B21D26/027—Means for controlling fluid parameters, e.g. pressure or temperature
    • 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
    • B21D26/041—Means for controlling fluid parameters, e.g. pressure or temperature
    • 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
    • B21D26/06—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 by shock waves

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for hydraulic high-speed high-pressure forming according to the preamble of claim 1 and of claim 12.
  • Hydroforming of sheet metal, tubes and profiles has been an important manufacturing process for the industry for many years to produce thin-walled and complex lightweight components in one process step.
  • complex structural components for bodies or complex exhaust systems are manufactured by hydroforming.
  • the great expense in the plant costs in the hydroforming is due to the fact that the large static internal pressures for forming by high pressing forces, for. a press must be supported, which requires large racks and drive power in such presses.
  • the forming process is associated with an elaborate control that synchronizes the controlled Nachschieben the sealing plunger with the controlled pressure build-up by the pressure booster. This makes the system technology very expensive and often unprofitable compared to conventional methods.
  • Another problem in the field of sealing dies is the sealing of the high pressure medium pressure. If there is a leak, the process is often disrupted.
  • Electrothermal drives based on electric arcs are conditionally operational, since problems associated with short circuits often occur in connection with the fluids. Furthermore, the required high power power sources are expensive. The use of explosives is also problematic for safety reasons. Furthermore, the Plungertechnisch, including the known Hydropunchvon, due to the large drop height industrially difficult to use.
  • From the DE 1 652 616 A is a generic method for impulse high-pressure forming known in the initial state flat sheet metal parts, in which a gas under high pressure acts upon its sudden relaxation of a liquid with a high pressure pulse, which in turn deforms the planar sheet-like workpiece.
  • the device required for this purpose is elaborately designed and requires an extensive control technology to coordinate the necessary processes.
  • a generic method for pulse hydroforming is known in which a pulse generator generates a very short pressure pulse which can be transmitted via a press die to a printing medium within the workpiece to be formed.
  • Mechanical, electromagnetic, chemical or thermal modes of action including pulse generation by means of high pressure biased gases, are provided as modes of generating the forming energy for the pulsed transformation which are abruptly passed through an extremely fast opening valve either directly or via a preferably liquid Impact medium act on the workpiece and can deform this.
  • a disadvantage of this known type of pulse-like deformation is the very short exposure period of the pressure pulse on the Werk Swisswandungen, while accelerating these Maschinenppewandungen briefly in the direction of the mold, for a reliable shaping of the detail target contour of the workpiece but often is not sufficient. Due to the extremely short time of the pressure pulse, the volume located inside the workpiece acts the pressure medium only very briefly on the workpiece walls, so that an accurate impression of the detail target contour of the workpiece can not be ensured. After the very short pressure pulse has subsided, the active medium is relaxed again within the workpiece and the force effect on the workpiece walls is thus lifted, so that the deformation takes place essentially due to the inertial forces of the workpiece walls. This results in dimensional and shape inaccuracies of the workpiece produced. In addition, the influence of the pressure pulse during the forming is very difficult, since the sudden release eg of the gas pressure offers little influence.
  • the object of the present invention is therefore to propose a high-speed high-pressure forming in which the forming energy is provided with little equipment outlay and simply applied to the workpiece to be formed in such a way that a complete shaping of the workpiece is ensured in each case.
  • the invention according to claim 1 is based on a method for hydraulic high-speed high-pressure forming, in which a hydraulic active medium located in an effective range on a blank to be reshaped is acted upon by a pressure pulse abruptly and the hydraulic active medium at least partially in the direction of a forming tool to the reshaped blank accelerated.
  • a generic method is further developed in accordance with the invention that simultaneously moved with the pressure pulse and / or after the pressure pulse hydraulic active medium in the effective range of the reshaped blank and is kept under pressure in the effective range that the pressure effect of the active medium the deforming blank in the effective range safely applies to the forming surfaces of the forming tool.
  • the inventive method combines the advantages of slow conventional IHU with those of pure pulse shaping.
  • the forming energy can be customized by appropriate control commands tailor made to the respective forming task.
  • Advantages of this tailor-made feeding of the forming energy according to the method of the invention are the achievable energy savings, the process reliability and reproducibility of the forming process, a reduction of rejects achievable thereby, high plant availability through calculable plant and tool train wear and defined product properties of the produced workpiece.
  • With the high forming speed can also be achieved that any leaks in the sealing of the effective range of the active medium lead to any significant pressure drop of the active medium and the forming process due to the high Speeds can be carried out trouble-free even with a leak.
  • the active medium can be displaced into the interior of the hollow blank to be formed and held within the blank.
  • hollow bodies such as e.g. Pipes, profiles, etc., which otherwise would have to be made using the conventional hydroforming process.
  • the active medium can be displaced into a closed active region on the blank to be formed and held in this effective region of the blank. This allows both sheet-like, e.g. flat or non-closed in itself curved blanks are deformed, it is also conceivable to deform massive blanks.
  • the energy quantity of the pressure pulse, the power profile during the forming pulse, the effective volume flow of the pressure medium and thus also of the active medium, the amount of active medium, the pressure profile, including the previously set filling pressure in hollow blanks or In the effective range, the forming time and the axial Nachschieben in the forming of hollow blanks by a sealing cylinder safely control and influence within wide limits.
  • a simple integration of a corresponding device in controls of further production facilities, such as for further forming processes, and thus a good tunability and reproducibility of the process can be achieved.
  • a prechargeable pressure accumulator such as in the form of a bubble memory or the like. Can be successively brought to the required pressure with relatively low pumping power and hold it until the triggering of the pressure pulse.
  • Such memories can also be obtained inexpensively as standard components.
  • a pressure valve such as a poppet valve with a large opening cross-section and a very short opening time, can release the stored in the accumulator pressure energy in a very short time and forward in the direction of the active medium on.
  • the displaced volume of the pressure medium and thus the displaced volume of the active medium is enclosed in the effective range of the blank to be formed and kept under pressure and can thus for accurate molding of the tool contours be used on the blank.
  • the pressure pulse preferably its time course and its pulse height, and thus the transforming effect of the active medium on the blank to be formed by changing the characteristics of the pressure accumulator and / or by changing the characteristics of the pressure valve can be influenced.
  • the pressure impulse can be influenced in the direction of the effective range of the active medium on the unfinished blank.
  • the characteristic of the pressure accumulator can be influenced by the preload pressure of the pressure accumulator and / or by the boost pressure of the accumulator for the pressure accumulator.
  • the opening behavior of the pressure valve ie the opening time or shutter speed, the course of the opening or the like.
  • the pressure pulse and / or the flow rate of the pressure medium can be influenced within wide limits.
  • the beginning and the end of the opening time and / or the change in the opening cross section of the pressure valve can be influenced.
  • the opening behavior of the pressure valve affects the course of the pressure of the active medium in the effective range of the blank to be formed.
  • the forming behavior of the workpiece is influenced by the pre-settable filling pressure of the active medium in the effective range of the blank to be formed.
  • the filling pressure of the active medium e.g. be chosen so that even before the actual pressure pulse a significant pressure load on the blank and this blank already deformed in advance or the voltages in the blank are so large that the actual stresses caused by the pressure pulse allow a particularly good deformability of the blank.
  • the filling pressure can thus already overcome a part of the deformation resistance of the material of the blank.
  • a pressure booster preferably a plunger displaceable in the direction of the active region on the blank to be formed, is arranged between the pressure accumulator and the effective region acted upon by the active medium on the blank to be formed.
  • a pressure intensifier separates the printing medium and the active medium from each other and it is moved by the pressure medium by the pressure pulse and the volume flow of pressure medium in the direction of the effective range of the blank. This can be achieved by non-uniform cross-sections of the pressure booster on the side of the pressure medium in relation to the side of the active medium, an additional pressure increase in the active medium. If such a pressure booster is not provided, the pressure medium and active medium are the same fluid and are in direct communication with each other.
  • such blank may be biased during forming with a hydraulically actuated sealing ram on the opposite side of the pressure valve of the tubular hollow blank in the axial direction.
  • a hydraulically actuated sealing ram on the opposite side of the pressure valve of the tubular hollow blank in the axial direction.
  • the hydraulically actuated sealing punch is acted upon hydraulically coupled by the same pressure medium, which is displaced on release of the pressure valve in the direction of the effective range of the blank to be formed.
  • the sealing ram can be acted upon hydraulically conductive with the pressure medium from the pressure accumulator, so that the temporal and functional coordination of the pressure pulses directly over the active medium and the sealing ram in a wide range is tuned to each other.
  • the hydraulic actuation of the hydraulically actuable sealing ram is delayed in time or with a changed pressure, for example by interposing deceleration or pressure control units.
  • the invention further relates to a device for hydraulic high-speed high-pressure forming, in particular for carrying out the method according to claim 1, with a pressure generator, with which a pressure pulse can be generated in a pressure medium, wherein the pressure pulse abruptly in an effective range on a blank to be formed hydraulic working medium acted upon and accelerates the hydraulic active medium to be formed blank at least partially in the direction of a forming tool.
  • Such a generic device is formed further characterized in that the pressure generator has a pressure accumulator and a suddenly actuable pressure valve, which are actuated such that moved simultaneously with the pressure pulse and / or after the pressure pulse such hydraulic active medium in the effective range of the blank to be formed and so is held under pressure in the effective range that the pressure effect of the active medium securely applies the blank to be formed in the effective range of the forming surfaces of the forming tool.
  • the pressure generator has a pressure accumulator and a suddenly actuable pressure valve, which are actuated such that moved simultaneously with the pressure pulse and / or after the pressure pulse such hydraulic active medium in the effective range of the blank to be formed and so is held under pressure in the effective range that the pressure effect of the active medium securely applies the blank to be formed in the effective range of the forming surfaces of the forming tool.
  • Such a device can by means of commercial industrial hydraulics, such as a suitable pressure accumulator and a conventional fast-acting pressure valve, a Provision of the Duckimpulses allow, which is then applied
  • the pressure valve has a preferably electrically actuable seat valve, preferably a servo valve, with a large nominal diameter.
  • a pressure valve By such a pressure valve, the opening and closing behavior of the pressure valve can be influenced within very wide limits, so that a plurality of pressure profiles of the pressure medium can be set in the release of the pressure medium from the accumulator and thus also the pressure in the active medium is affected accordingly.
  • almost any pressure / displacement curves can be generated during the forming and optimized with regard to the achievable deformation.
  • the pressure accumulator is designed as a bladder accumulator with a gas filling.
  • a bladder accumulator has two mechanically interacting, mutually flexibly separated chambers once for a first fluid such as a gas and the other for the pressure medium, wherein the first fluid such as a gas by e.g. a pressure charging device such as a pressure pump is successively subjected to ever higher pressure.
  • the second medium in this case, the pressure medium is also pressurized.
  • the pressure valve can then release the high pressure generated in the pressure accumulator abruptly as a pressure pulse.
  • the pressure accumulator is filled with a power unit working with low charging power charging unit and pressurizable.
  • the gas filling of the bladder accumulator can be changed to influence the pressure profile.
  • a pressure booster is arranged between the pressure accumulator and the effective area on the blank to be formed, as arranged between the pressure accumulator and the effective range of the blank to be formed plunger-like plunger, preferably in the direction of the effective range of the blank to be formed displaceable plunger, which is acted upon on one side by the pressure medium and on the blank side of the active medium.
  • plungers are basically known for the separation of different fluids, wherein the plunger on its side associated with the pressure valve has a larger effective area than on its side associated with the active area on the blank to be formed and thus can reinforce the force.
  • the end positions of the movement of the plunger-type plunger is predetermined by adjustable, preferably controllable adjustable stops.
  • the displaced by the pressure pulse and the flow of the pressure medium in the direction of the effective range of the active medium volume of the active medium can be adjusted accurately and thus influence the forming process very accurately. If the movement of the plunger during or after the pressure pulse is precisely influenced, a defined generation of the pressure curve in the effective range of the active medium on the blank and thus a precisely controllable and safe deformation of the blank with respect to the mold surfaces of the tool results.
  • the plunger-type plunger is displaced by applying the effective range of the blank to be formed with active medium in its intended end position before forming the reshaped blank.
  • This application of the active region with active medium can be carried out, for example, by take place by a sealing die which seals a hollow blank end and through which the interior of the hollow blank is filled in advance with active medium. Since the active medium located in the interior of the hollow blank also acts on the plunger, it can be displaced in this way into its one end position.
  • the device can be used for sheet metal forming and / or for massive forming.
  • sheet metal forming both a flat or non-closed curved blank can be acted upon by an active region of the device in fluid-tight connection with active medium and pressed against the correspondingly arranged walls of a tool, whereby the corresponding sections of the walls of the blank create the shape of the walls of a tool.
  • deform a solid blank in a corresponding manner it is also conceivable to deform a solid blank in a corresponding manner.
  • a hydraulically actuated sealing die can be arranged, through which the tubular blank can be prestressed in the axial direction.
  • This hydraulically actuated sealing ram can be actuated via a separate pressure accumulator, which works statically or can also exert a very rapid pressure pulse on the sealing ram.
  • the hydraulically actuable sealing plunger can be hydraulically coupled coupled by the pressure medium, which is displaced upon release of the pressure valve in the direction of the interior of the hollow blank to be formed.
  • the sealing ram can cause further volume flows of the active medium due to the quasi-simultaneous pressure increase on the sealing ram or additionally pressurize the active medium, also with a delay, for example by using corresponding timers.
  • FIG. 1 is a very schematic overview of the basic structure of a device 1 according to the invention with a pressure accumulator 2, a pressure valve 3 and a sealing cylinder 19 for hydroforming a tubular blank 5 shown in a two-part tool 6 and its basic function recognizable.
  • This fundamental structure of the device 1 has a number of similarities with conventional devices for carrying out hydroforming, so that it is intended primarily to focus on the differences of the device according to the invention and these should be explained.
  • the pressure accumulator 2 is designed here as a preferred embodiment as a two-chamber bladder accumulator, wherein a first partial volume 10 with a gas volume 17 from a gas reservoir 9, such as a supply of nitrogen, can be filled.
  • the pressure profile can be influenced by a corresponding variation of the nitrogen filling in the pressure accumulator 2.
  • This sub-volume 10 is separated by a membrane 23 from a second sub-volume 11 for storing a pressure medium 12, which can be filled from a separate reservoir 24 via a not further explained filling device 14 and a channel in a valve body 15 of the pressure valve 3.
  • the partial volume 11 of the accumulator 2 is in fluid communication with a pressure valve 3, consisting of the valve body 15 and a valve 25.
  • Such a pressure valve 3 can be realized in various designs, therefore, only the mutually movable components valve body 15 and valve 25th indicated. Characteristic of the pressure valve 3, however, is the ability to open the pressure valve 3 in a very short time and to close, to direct the pressure of the pressure medium 12 in the sub-volume 11 as described in more detail in the direction of the interior of the blank 5.
  • the design of the pressure valve 3 as a seat valve large nominal diameter or corresponding servo valve.
  • the pressure valve 3 Opens the pressure valve 3 abruptly, as for a structurally slightly different configuration, for example in the FIG. 3 can be seen, the passage of the pressure medium 12 is opened by the valve body 15 to a fluid-tight arranged on the valve body 15 connecting line 4 and the pressure medium 12 can reach into the bore 16 of the connecting line 4.
  • the pressure medium 12 is equal to the separate active medium 13 as described later, which passes from the connecting line 4 and a sealing attachment 8 in the interior of the blank 5 which is hollow and to be formed here.
  • the blank 5, for simplicity's sake here shown tubular with a bead-like extension is to be expanded in this simple case by means of IHU and is pressed for this purpose by the active medium 13 against the two halves 6 of a forming tool, so that it is the shape and the Surface structuring of the two halves 6 of the tool assumes.
  • the present there opening of the blank 5 is sealed in a basically known manner by a sealing ram 7 of a sealing cylinder 19, by means of pressurizing a not relevant fluid medium via a filling device 14 against the open end of the blank 5 is pressed.
  • active medium 13 is filled into the interior of the blank 5 via a filling device 14 arranged and connected in a fluid-conducting manner to the end region of the sealing stamp 7 and possibly already placed under an increased filling pressure.
  • the pressure medium 12 can pulse over the bore 16 of the connecting line 4 and the sealing cap 8 in the interior of the blank. 5 flow and the previously filled as described filled active medium 13 also under this pressure.
  • the walls of the blank 5 are thereby accelerated impulsively in the direction of the halves 6 of the tool and bounce against them.
  • the walls of the blank 5 form corresponding to the shaping walls of the halves 6 of the tool and thus form the reshaped configuration of the blank 5.
  • the pressure medium 12 is accelerated and the active medium 13 in the interior of the blank 5 is compressed. Since the blank 5 is formed, there is a rapid volume displacement of active medium in the tool. This leads to a shaping of the blank 5 in the two halves 6 of the tool.
  • the inventive method virtually combines the advantages of the known slow hydroforming with the advantages of pulse forming and thereby avoids the disadvantages of uncertain formation of the finished part geometry of the formed blank 5, which has led to problems in the previously known pulse shaping. Due to the defined charging of the pressure accumulator 2 and the defined control of the pressure valve 3 also a simple integration of the device 1 according to the invention in controls and good controllability and reproducibility of the forming process is given.
  • a pressure booster 18 is provided in the form of a plunger.
  • a pressure booster 18 is a relative to the bore 16 of the connecting line 4 fluid-tight sealed plunger 18 which is easily displaceable in the bore 16 of the connecting line 4 slidably.
  • one end of the plunger 18 is acted upon by the pressure medium 12 and the other side of the plunger 18 of the active medium 13, wherein the plunger 18 but pressure medium 12 and effective medium 13 but separated from each other.
  • Pressure medium 12 and active medium 13 may therefore also be different fluids.
  • the pressure booster 18 may have different dimensions of the contact surfaces for the pressure medium 12 and active medium 13, so that the pressure in the pressure medium 12 is transferred to the active medium 13 in an area-proportional increasing manner.
  • FIG. 2 is the device 1 with the interposed pressure booster 18 between the pressure medium 12 and active medium 13 in the unactuated state and in the FIG. 3 shown in the actuated state.
  • the plunger 18 can be seen in its initial position before the pressurization with the valve closed 3, whereas the FIG. 3 the plunger 18 in its relative to the position according to FIG. 2 to the right shifted end position and with open pressure valve 3 shows.
  • the sealing ram 7 is pressed against the open end of the deformed blank 5 and thus sealingly presents this opening.
  • FIG. 4 can be adjusted from the pressure accumulator 2 in a further variant by a stroke limitation of the plunger 18, the exact delivery rate of the pressure medium 12.
  • a controllable via an example electric motor actuator 21 stop 20 is provided, which is movable in defined positions and against which the plunger 18 strikes when pressurizing by the pressure medium 12.
  • This stop 20 can also be used to return the plunger 18 to its initial position due to its drive 21.
  • the pressure pulse on the storage parameters can be precisely defined. This allows the setting of exact reproducible forming parameters, which was previously not possible with other HGU methods.
  • FIG. 5 shows a variant of the device 1 according to FIG. 2 with two parallel working pressure accumulators 2, 2 'and pressure valves 3, 3', which act alternately on the same pressure booster 18.
  • the above-described unit of pressure accumulator 2 and pressure valve 3 is quasi double or (not shown) formed repeatedly and each discharged by opening a pressure valve 3 volume flow of the pressure medium 12 is passed into a common supply channel 26, which then merges fluidly in the described form in the connecting line 4.
  • the other combination of pressure accumulator 2 '/ pressure valve 3' are used for forming a blank 5, then the respective mode of operation then changes.
  • a faster shot sequence is possible and thus a higher clock rate of the device. 1
  • FIG. 6 is a variant of the device 1 according to FIG. 2 to recognize with an independent pulse generator in the form of a pressure accumulator 2 'for the operation of a sealing ram 7.
  • an independent pulse generator in the form of a pressure accumulator 2 'for the operation of a sealing ram 7.
  • the filling of the interior of the blank 5 to be reshaped with active medium 13 takes place through the hollow-bored sealing punch 7.
  • the same working dream of the cylinder 19 can be achieved but also be equipped with an independent pressure supply from the accumulator 2 '.
  • the blank 5 can also be preloaded axially, possibly also abruptly or with a predeterminable variable pressure profile, which allows a subsequent pushing effect as in static hydroforming and thus can once again expand the process limits.
  • FIG. 7 shows a variant of the device 1 according to FIG. 6 in which this idea of the adjustable bias of the active medium 13 in the interior of the reshaped blank 5 is continued and for this purpose the pressure medium 12 of the first pressure accumulator 2 fluidly conductive is also used for the operation of the sealing punch 7.
  • a fluid line 22, optionally secured via a throttle or a check valve connects the region in the flow direction behind the pressure valve 3 with the sealing cylinder 19 of the sealing ram 7.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum hydraulischen Hochgeschwindigkeits-Hochdruckumformen, bei dem ein in einem Wirkbereich (27) an einem umzuformenden Rohling (5) befindliches hydraulisches Wirkmedium (13) mit einem Druckimpuls schlagartig beaufschlagt wird und das hydraulische Wirkmedium (13) den umzuformenden Rohling (5) zumindest bereichsweise in Richtung auf ein Umformwerkzeug (6) hin beschleunigt. Hierbei wird gleichzeitig mit dem Druckimpuls und/oder nach dem Druckimpuls derart hydraulisches Wirkmedium (13) in den Wirkbereich (27) an dem umzuformenden Rohling (5) verschoben und derart unter Druck in dem Wirkbereich (27) gehalten, dass die Druckwirkung des Wirkmediums (13) den umzuformenden Rohling (5) in dem Wirkbereich (27) sicher an die formgebenden Oberflächen des Umformwerkzeugs (6) anlegt. Ebenfalls wird eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung angegeben.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum hydraulischen Hochgeschwindigkeits-Hochdruckumformen gemäß Oberbegriff des Anspruches 1 bzw. des Anspruchs 12.
  • Das Innenhochdruckumformen (IHU) von Blechen, Rohren und Profilen ist seit vielen Jahren ein wichtiges Fertigungsverfahren für die Industrie, um dünnwandige und komplexe Leichtbauteile in einem Prozessschritt herzustellen. Beispielsweise werden komplexe Strukturbauteile für Karosserien oder aufwendige Abgasanlagen durch IHU gefertigt.
  • Bei der Produktion von kostengünstigen Massenartikeln und kleineren Bauteilen kommt dieses Verfahren jedoch nicht so häufig zum Einsatz, da die Technologie bezüglich des Anlagenaufwands und der Prozesszeit für die jeweilige Anwendung zu unwirtschaftlich ist. Diese Probleme führen dann dazu, dass andere Verfahren eingesetzt werden. Beispielweise ist das Tiefziehen von Halbschalen und das anschliessende Verschweißen der Halbschalen ein üblicher Weg. Bei kleineren rohrförmigen Bauteilen beispielsweise im Bereich der Rohrenden kommen sogar häufig zerspante Teile zum Einsatz, die an die Rohrenden angeschweißt oder angelötet werden, um so eine geforderte Geometrie realisieren zu können.
  • Der große Aufwand bei den Anlagenkosten beim IHU ist darin begründet, dass die großen statischen Innendrücke zum Umformen durch hohe Presskräfte z.B. einer Presse abgestützt werden müssen, was große Gestelle und Antriebsleistungen bei derartigen Pressen erfordert. Zudem ist der Umformprozess mit einer aufwendigen Regelung verbunden, die das kontrollierte Nachschieben der Dichtstempel mit dem gesteuerten Druckaufbau durch den Druckübersetzer synchronisiert. Dies macht die Anlagentechnik sehr teuer und häufig gegenüber konventionellen Methoden unrentabel. Ein weiteres Problem im Bereich der Dichtstempel ist die Abdichtung des hohen Wirkmediendrucks. Kommt es hier zu einer Undichtigkeit, ist häufig der Prozessverlauf gestört.
  • In den letzten Jahren sind wirkmedienbasierte Umformprozesse in der Entwicklung, die auf Stoßwellen beruhen, die durch beschleunigte Plunger, Lichtbögen oder Sprengstoff bewirkt werden. Diese Verfahren gehören zur Hochgeschwindigkeitsumformung (HGU) und sind sehr vorteilhaft:
    • Das Umformvermögen der Werkstoffe wird durch die hohe Umformgeschwindigkeit verbessert. Dies erfolgt durch das träge Verhalten des umgeformten Werkstoffes. Bei statischen Prozessen versagt der Werkstoff an der schwächsten Stelle. Beim HGU wird dies durch die Trägheitseffekte vermindert. Die umgeformten Bereiche des Werkstücks werden zudem infolge der hohen lokalen Umwandlung der Umformenergie interkristallin erwärmt. So wird das Umformvermögen gesteigert. Der Prozess ist sehr schnell und hat somit ein großes Potential für eine kosteneffiziente Fertigung.
    • Es sind geringe Schließkräfte erforderlich, da mit einer trägheitsverriegelten Presse gearbeitet werden kann. Dies reduziert die Gesamtanlagenkosten, da aufwendige mechanische oder hydraulische Verriegelungen eingespart werden können.
    • Die Wirkmedien können leichter abgedichtet werden, da durch die hohen und schnellen Druckimpulse und temporär sehr hohen Volumenströme eventuelle Undichtigkeiten zu keinem maßgeblichen Druckabfall führen und der Umformprozess aufgrund der hohen Geschwindigkeit störungsfrei auch bei einer Undichtigkeit ausgeführt werden kann.
  • Trotz des großen Potentials konnten sich diese Verfahren bisher nur bedingt durchsetzen, da die zur Verfügung stehende Antriebstechnik für einen industriellen Einsatz problematisch ist. Elektrothermische Antriebe, die auf Lichtbögen beruhen, sind bedingt einsatzfähig, da in Verbindung mit den Fluiden häufig Probleme infolge von Kurzschlüssen entstehen. Ferner sind die erforderlichen Hochleistungsstromquellen kostenintensiv. Die Verwendung von Sprengstoffen ist aus Sicherheitsgründen ebenfalls problematisch. Weiterhin sind die Plungerverfahren, darunter das bekannte Hydropunchverfahren, infolge der großen Fallhöhe industriell schwierig einsetzbar.
  • Aus der DE 1 652 616 A ist ein gattungsgemäßes Verfahren zum Impuls-Hochdruckumformen von im Ausgangszustand ebenen Blechteilen bekannt, bei dem ein unter hohem Druck stehendes Gas bei seiner schlagartigen Entspannung eine Flüssigkeit mit einen hohen Druckimpuls beaufschlagt, die wiederum das ebene blechartige Werkstück verformt. Die hierfür notwendige Vorrichtung ist aufwändig gestaltet und erfordert zur Abstimmung der notwendigen Abläufe eine umfangreiche Steuerungstechnik.
  • Aus der DE 10 2007 018 066 B4 ist ein gattungsgemäßes Verfahren zum Impuls-Innenhochdruckumformen bekannt, bei dem ein Impulsgenerator einen sehr kurzen Druckimpuls erzeugt, der über einen Pressstempel auf ein Druckmedium innerhalb des umzuformenden Werkstücks übertragen werden kann. Als Arten der Erzeugung der Umformenergie für die impulsartige Umformung werden mechanische, elektromagnetische, chemische oder thermische Wirkungsweisen beschrieben, darunter auch eine Impulserzeugung mittels unter hohem Druck vorgespannter Gase, die schlagartig über ein extrem schnell öffnendes Ventil entweder direkt oder über den Umweg über ein vorzugsweise flüssiges Wirkmedium auf das Werkstück wirken und dieses verformen können. Nachteilig an dieser bekannten Art der impulsartigen Umformung ist der sehr kurze Einwirkungszeitraum des Druckimpulses auf die Werkstückwandungen, der diese Werkstückwandungen zwar kurzzeitig in Richtung auf die Werkzeugform hin beschleunigt, für eine zuverlässige Ausformung der Detail-Sollkontur des Werkstücks aber häufig nicht ausreichend ist. Durch die extrem kurze Zeit des Druckimpulses wirkt das im Inneren des Werkstücks befindliche Volumen des Druckmediums nur sehr kurzzeitig auf die Werkstückwandungen, so dass eine genaue Abformung der Detail-Sollkontur des Werkstücks nicht sichergestellt werden kann. Nach Abklingen des sehr kurzen Druckimpulses wird das Wirkmedium innerhalb des Werkstücks wieder entspannt und damit die Kraftwirkung auf die Werkstückwandungen aufgehoben, so dass die Umformung im Wesentlichen aufgrund der Trägheitskräfte der Werkstückwandungen erfolgt. Dies resultiert in Maß- und Formungenauigkeiten des hergestellten Werkstücks. Außerdem ist die Beeinflussung des Druckimpulses bei der Umformung nur sehr schwierig möglich, da die schlagartige Freigabe z.B. des Gasdruckes nur geringe Einflussmöglichkeiten bietet.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Hochgeschwindigkeits-Hochdruckumformen vorzuschlagen, bei dem mit geringem gerätetechnischen Aufwand die Umformenergie bereitgestellt und einfach auf das umzuformende Werkstück so aufgebracht wird, dass eine vollständige Ausformung des Werkstücks in jedem Fall sicher gestellt ist.
  • Die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe ergibt sich hinsichtlich des Verfahrens aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 und hinsichtlich der Vorrichtung aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 12 jeweils in Zusammenwirken mit den Merkmalen des zugehörigen Oberbegriffes. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Die Erfindung gemäß Anspruch 1 geht aus von einem Verfahren zum hydraulischen Hochgeschwindigkeits-Hochdruckumformen, bei dem ein in einem Wirkbereich an einem umzuformenden Rohling befindliches hydraulisches Wirkmedium mit einem Druckimpuls schlagartig beaufschlagt wird und das hydraulische Wirkmedium den umzuformenden Rohling zumindest bereichsweise in Richtung auf ein Umformwerkzeug hin beschleunigt. Ein derartiges gattungsgemäßes Verfahren wird dadurch in erfindungsgemäßer Weise weiter entwickelt, dass gleichzeitig mit dem Druckimpuls und/oder nach dem Druckimpuls derart hydraulisches Wirkmedium in den Wirkbereich an dem umzuformenden Rohling verschoben und derart unter Druck in dem Wirkbereich gehalten wird, dass die Druckwirkung des Wirkmediums den umzuformenden Rohling in dem Wirkbereich sicher an die formgebenden Oberflächen des Umformwerkzeugs anlegt. Im Gegensatz zu der rein impulsartigen Beaufschlagung des Rohlings mit dem Wirkmedium gemäß Stand der Technik, bei der nur sehr wenig Wirkmedium in Richtung auf den Rohling verschoben wird und dabei auf den Rohling einwirken kann, wird bei der erfindungsgemäßen Vorgehensweise eine ausreichende Menge des Wirkmediums so lange in Kontakt mit dem Rohling gebracht, dass die Ausformung der Sollkontur des Werkstücks auf jeden Fall sicher gestellt werden kann. Dadurch, dass schon im Verlauf der Impulsbeaufschlagung eine ausreichende Menge des Wirkmediums in den Wirkbereich mit dem Rohling gebracht und anschließend auch dort unter dem hohen Druck gehalten wird, kann sich die Sollkontur des Werkstücks durch die fortwährende Druckbeaufschlagung vollständig ausbilden und damit hohe Genauigkeiten bei der Werkstückherstellung auf jeden Fall sicher stellen. Damit kombiniert das erfindungsgemäße Verfahren die Vorteile der langsamen konventionellen IHU mit denjenigen der reinen Impulsumformung. Durch die erzielbaren Trägheitseffekte der schnellen Impulsumformung werden die Nachteile langsamer Umformungsgeschwindigkeiten, nämlich ein Versagen des Werkstoffs an der schwächsten Stelle, umgangen, zudem werden die umgeformten Bereiche des Rohlings infolge der hohen lokalen Umwandlung interkristallin erwärmt und dadurch das Umformvermögen gesteigert. Dies beruht zum einen darauf, dass anders als bei der bekannten Impulsumformung die Zeitdauer der Einwirkung des Wirkmediums wesentlich länger als der eigentliche Druckimpuls ist und daher der Rohling nicht nur kurzzeitig in Richtung auf die Werkzeugwandungen hin beschleunigt wird, sondern dass anschließend die Druckwirkung aufrecht erhalten bleibt und sich der Rohling unter dieser aufrechterhaltenen Druckwirkung vollständig zum Werkstück ausformen kann. Insbesondere, wenn die Erzeugung des Druckimpulses und die Verschiebung von Wirkmedium in den Wirkbereich an dem umzuformenden Rohling mittels konventioneller hydraulischer Komponenten erfolgt, kann die Umformenergie durch entsprechende Steuerungsbefehle maßgeschneidert auf die jeweilige Umformaufgabe angepasst werden. Vorteile dieser maßgeschneiderten Zuführung der Umformenergie gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren sind die erreichbare Energieeinsparung, die Prozesssicherheit und Reproduzierbarkeit des Umformprozesses, eine dadurch erreichbare Verminderung von Ausschuss, eine hohe Anlagenverfügbarkeit durch kalkulierbaren Anlagen- und Werkzugverschleiß und definierte Produkteigenschaften des hergestellten Werkstücks. Mit der hohen Umformgeschwindigkeit lässt sich auch erreichen, dass eventuelle Undichtigkeiten bei der Abdichtung des Wirkbereichs des Wirkmediums zu keinem maßgeblichen Druckabfall des Wirkmediums führen und der Umformprozess aufgrund der hohen Geschwindigkeiten störungsfrei auch bei einer Undichtigkeit ausgeführt werden kann.
  • In einer ersten denkbaren Ausgestaltung des Verfahrens kann das Wirkmedium in das Innere des hohlen umzuformenden Rohlings verschoben und innerhalb des Rohlings gehalten wird. Dies erlaubt die erfindungsgemäße Herstellung von Hohlkörpern wie z.B. Rohren, Profilen etc., die ansonsten mit den Verfahren der konventionellen IHU hergestellt werden müssten.
  • In einer anderen denkbaren Ausgestaltung des Verfahrens kann das Wirkmedium in einen abgeschlossenen Wirkbereich an dem umzuformenden Rohling verschoben und in diesem Wirkbereich des Rohlings gehalten werden. Hierdurch können sowohl blechartige, z.B. ebene oder nicht-geschlossen in sich gekrümmte Rohlinge verformt werden, auch ist es denkbar, massive Rohlinge dadurch zu verformen.
  • Hinsichtlich der Kosten einer für die Durchführung des Verfahrens geeigneten Vorrichtung als auch funktional ist es von besonderem Vorteil, wenn die Erzeugung des Druckimpulses und die Verschiebung von Wirkmedium in den Wirkbereich an dem umzuformenden Rohling mittels konventioneller hydraulischer Komponenten erfolgt. Derartige Komponenten sind standardmäßig am Zuliefermarkt zu erhalten und erfordern daher keine aufwändigen Konstruktionsprozesse spezieller Bauteile. Zudem erlauben derartige standardmäßig am Zuliefermarkt zu erhaltende hydraulische Komponenten eine zuverlässige und genaue Steuerung der für die Umformung notwendigen Aktionen einer entsprechenden Vorrichtung. Damit lassen sich insbesondere je nach technischer Ausführung einer erfindungsgemäßen Anlage die Energiemenge des Druckimpulses, das Leistungsprofil während des Umformimpulses, der wirksame Volumenstrom des Druckmediums und damit auch des Wirkmediums, die Menge des Wirkmediums, das Druckprofil, inklusive des vorher eingestellten Fülldrucks in hohlen Rohlingen bzw. im Wirkbereich, die Umformzeit und auch das axiale Nachschieben bei der Umformung hohler Rohlinge durch einen Dichtzylinder sicher steuern und in weiten Grenzen beeinflussen. Ebenfalls lässt sich eine einfache Einbindung einer entsprechenden Vorrichtung in Steuerungen weiterer Fertigungseinrichtungen, wie etwa für weitere Umformprozesse, und damit eine gute Abstimmbarkeit und Reproduzierbarkeit des Prozesses erreichen.
  • Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Erzeugung des Druckimpulses mittels eines vorab aufladbaren Druckspeichers erfolgt. Ein derartiger vorab aufladbarer Druckspeicher, etwa in Form eines Blasenspeichers oder dgl. kann mit relativ geringer Pumpleistung sukzessive auf den benötigten Druck gebracht werden und diesen bis zur Auslösung des Druckimpulses halten. Derartige Speicher können ebenfalls als Standardbauteile kostengünstig bezogen werden.
  • Weiterhin ist es von Vorteil, wenn die Erzeugung des Druckimpulses und die Verschiebung von Wirkmedium in den Wirkbereich an dem umzuformenden Rohling mittels eines schlagartig öffenbaren Druckventils erfolgt. Ein derartiges Druckventil, etwa ein Sitzventil mit einem großen Öffnungsquerschnitt und sehr kurzer Öffnungszeit, kann die in dem Druckspeicher gespeicherte Druckenergie in sehr kurzer Zeit freigeben und in Richtung auf das Wirkmedium weiter leiten. Dabei kann neben dem eigentlichen Druckimpuls durch ein solches Druckventil auch ein großer Volumenstrom an Druckmedium in Richtung auf das Wirkmedium freigesetzt und damit in den Wirkbereich an dem umzuformenden Rohling verschoben werden, wodurch die Druckwirkung auf den Rohling erhöht und verlängert wird. Schließt das Druckventil wiederum nach der Weiterleitung des Druckmediums ebenfalls in sehr kurzer Zeit, so wird das verschobene Volumen des Druckmediums und damit auch das verschobene Volumen des Wirkmediums in dem Wirkbereich an dem umzuformenden Rohling eingeschlossen und unter Druck gehalten und kann damit zur genauen Abformung der Werkzeugkonturen auf den Rohling genutzt werden.
  • Hierbei ist es in weiterer Ausgestaltung denkbar, dass der Druckimpuls, vorzugsweise sein zeitlicher Verlauf und seine Impulshöhe, und damit die umformende Wirkung des Wirkmediums auf den umzuformenden Rohling durch Veränderung der Charakteristik des Druckspeichers und/oder durch Veränderung der Charakteristik des Druckventils beeinflusst werden kann. So kann z.B. durch Veränderung des Druckes und des Volumens des Druckmediums in dem Druckspeicher der Druckimpuls, aber auch der Volumenstrom des Druckmediums in Richtung auf den Wirkbereich des Wirkmediums an dem unzuformenden Rohling beeinflusst werden. Weiterhin kann die Charakteristik des Druckspeichers durch den Vorspanndruck des Druckspeichers und/oder durch den Ladedruck des Ladeaggregats für den Druckspeicher beeinflusst werden. Ebenfalls kann z.B. durch das Öffnungsverhalten des Druckventils, also etwa die Öffnungszeit bzw. Verschlusszeit, den Öffnungsverlauf oder dgl. der Druckimpuls und/oder der Volumenstrom des Druckmediums in weiten Grenzen beeinflusst werden. Hierzu kann z.B. der Beginn und das Ende der Öffnungszeit und/oder die Veränderung des Öffnungsquerschnitts des Druckventils beeinflusst werden. Insbesondere beeinflusst das Öffnungsverhalten des Druckventils den Verlauf des Drucks des Wirkmediums im Wirkbereich an dem umzuformenden Rohling.
  • Weiterhin ist es denkbar, dass das Umformverhalten des Werkstücks durch den vorab einstellbaren Fülldruck des Wirkmediums im Wirkbereich an dem umzuformenden Rohling beeinflusst wird. So kann der Fülldruck des Wirkmediums z.B. so gewählt werden, dass schon vor dem eigentlichen Druckimpuls eine nennenswerte Druckbelastung auf dem Rohling lastet und diesen Rohling schon vorab verformt oder die Spannungen in dem Rohling so groß sind, dass die eigentlichen durch den Druckimpuls hervorgerufenen Spannungen eine besonders gute Verformbarkeit des Rohlings erlauben. Der Fülldruck kann somit schon einen Teil des Umformwiderstandes des Werkstoff des Rohlings überwinden.
  • In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist es denkbar, dass zwischen Druckspeicher und dem mit dem Wirkmedium beaufschlagten Wirkbereich an dem umzuformenden Rohling ein Druckübersetzer, vorzugsweise ein in Richtung auf den Wirkbereich an dem umzuformenden Rohling hin verschiebbarer Plunger angeordnet wird. Ein solcher Druckübersetzer trennt dabei das Druckmedium und das Wirkmedium voneinander und er wird von dem Druckmedium durch den Druckimpuls und den Volumenstrom an Druckmedium in Richtung auf den Wirkbereich an dem Rohling verschoben. Hierbei kann durch ungleichförmige Wirkungsquerschnitte an dem Druckübersetzer auf der Seite des Druckmediums im Verhältnis zur Seite des Wirkmediums eine zusätzliche Druckerhöhung im Wirkmedium erreicht werden. Wenn ein solcher Druckübersetzer nicht vorgesehen wird, sind Druckmedium und Wirkmedium das gleiche Fluid und stehen in direkter Verbindung miteinander.
  • Für die Umformung rohrartiger hohler Rohlinge kann ein solcher Rohling beim Umformen mit einem hydraulisch betätigbaren Dichtstempel auf der dem Druckventil gegenüberliegenden Seite des rohrartigen hohlen Rohlings in axialer Richtung vorgespannt werden. Hierbei ist nicht nur eine vorab einstellbare Druckerhöhung des Wirkmediums in dem Wirkbereich erreichbar, sondern der Druck in dem Wirkbereich kann auch während der Umformung des Rohlings durch den Druckimpuls weiter beeinflusst werden. So kann durch den hydraulisch betätigbaren Dichtstempel eine weitere Druckerhöhung innerhalb des Wirkbereichs erzielt werden oder die Wirkung des Dichtstempels wird abhängig von dem zeitlichen Ablauf der Umformung nachgeregelt.
  • Hierbei ist es in weiterer Ausgestaltung auch denkbar, dass der hydraulisch betätigbare Dichtstempel hydraulisch gekoppelt von dem gleichen Druckmedium beaufschlagt wird, das bei Freigabe des Druckventils in Richtung auf den Wirkbereich an dem umzuformenden Rohling verschoben wird. Hierzu kann der Dichtstempel hydraulisch leitend mit dem Druckmedium aus dem Druckspeicher beaufschlagt werden, so dass die zeitliche und funktionale Abstimmung der Druckimpulse direkt über das Wirkmedium und über den Dichtstempel in weiten Bereich aufeinander abstimmbar ist. Hierbei ist es weiterhin denkbar, dass die hydraulische Beaufschlagung des hydraulisch betätigbaren Dichtstempels zeitlich verzögert oder mit verändertem Druck erfolgt, etwa indem Verzögerungs- oder Druckregeleinheiten zwischengeschaltet werden.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zum hydraulischen Hochgeschwindigkeits-Hochdruckumformen, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1, mit einem Druckerzeuger, mit dem ein Druckimpuls in einem Druckmedium erzeugt werden kann, wobei der Druckimpuls in einem Wirkbereich an einem umzuformenden Rohling befindliches hydraulisches Wirkmedium schlagartig beaufschlagt und das hydraulische Wirkmedium den umzuformenden Rohling zumindest bereichsweise in Richtung auf ein Umformwerkzeug hin beschleunigt. Eine derartige gattungsgemäße Vorrichtung wird dadurch weiter gebildet, dass der Druckerzeuger einen Druckspeicher und ein schlagartig betätigbares Druckventil aufweist, die derart betätigbar sind, dass gleichzeitig mit dem Druckimpuls und/oder nach dem Druckimpuls derart hydraulisches Wirkmedium in den Wirkbereich an dem umzuformenden Rohling verschoben und derart unter Druck in dem Wirkbereich gehalten wird, dass die Druckwirkung des Wirkmediums den umzuformenden Rohling in dem Wirkbereich sicher an die formgebenden Oberflächen des Umformwerkzeugs anlegt. Eine solche Vorrichtung kann mittels handelsüblicher Industriehydraulik, etwa einen geeigneten Druckspeicher und ein übliches schnell betätigbares Druckventil, eine Bereitstellung des Duckimpulses ermöglichen, mit dem dann der Rohling beaufschlagt und umgeformt wird. Damit ist mittels handelsüblicher Industriehydraulik eine sichere und in weiten Bereichen gut steuerbare Erzeugung des benötigten Druckimpulses möglich, mit dem gleichzeitig ein entsprechender Volumenstrom des Druckmediums und damit auch des Wirkmediums den Rohling beaufschlagt und umformt. So wird der Einsatz schwer kontrollierbarer oder arbeitstechnisch unsicherer Druckerzeuger hierdurch vermieden, zudem können derartige Komponenten der Industriehydraulik einfach gesteuert und in vor- und nachgelagerte Bearbeitungsschritte steuerungstechnisch einfach integriert werden.
  • In einer ersten Ausgestaltung ist es denkbar, dass das Druckventil ein vorzugsweise elektrisch ansteuerbares Sitzventil, vorzugsweise ein Servoventil, mit großer Nennweite aufweist. Durch ein solches Druckventil kann das Öffnungs- und Schließverhalten des Druckventils in sehr weiten Grenzen beeinflusst werden, so dass sich eine Vielzahl von Druckverläufen des Druckmediums bei der Freigabe des Druckmediums aus dem Druckspeicher einstellen lässt und dadurch ebenfalls der Druck im Wirkmedium entsprechend beeinflusst wird. Hierdurch lassen sich nahezu beliebige Druck-/Wegverläufe bei der Umformung erzeugen und hinsichtlich der erzielbaren Umformung optimieren.
  • Weiterhin ist es denkbar, dass der Druckspeicher als Blasenspeicher mit einer Gasfüllung ausgebildet ist. Ein solcher Blasenspeicher weist zwei mechanisch aufeinander einwirkende, voneinander flexibel getrennte Kammern einmal für ein erstes Fluid wie etwa ein Gas und zum anderen für das Druckmedium auf, wobei das erste Fluid wie etwa ein Gas durch z.B. eine Druckladeeinrichtung wie eine Druckpumpe sukzessive mit immer höherem Druck beaufschlagt wird. Hierdurch wird ebenfalls das zweite Medium, in diesem Fall das Druckmedium unter Druck gesetzt. Das Druckventil kann dann den so in dem Druckspeicher erzeugten hohen Druck schlagartig als Druckimpuls freigeben. Vorteilhaft ist es hierbei, dass der Druckspeicher mit einem leistungsmäßig mit geringer Ladeleistung arbeitenden Ladeaggregat gefüllt und unter Druck setzbar ist. Auch ist es hierbei denkbar, dass die Gasfüllung des Blasenspeichers zur Beeinflussung des Druckprofils veränderbar ist.
  • In weiterer Ausgestaltung ist es denkbar, dass zwischen Druckspeicher und dem Wirkbereich an dem umzuformenden Rohling ein Druckübersetzer angeordnet ist, etwa als zwischen dem Druckspeicher und dem Wirkbereich an dem umzuformenden Rohling angeordneter stößelartiger Plunger, vorzugsweise ein in Richtung auf den Wirkbereich an dem umzuformenden Rohling hin verschiebbarer Plunger, der auf der einen Seite von dem Druckmedium und auf der Rohlingsseite von dem Wirkmedium beaufschlagt wird. Solche Plunger sind zur Trennung verschiedener Fluide grundsätzlich bekannt, wobei der Plunger auf seiner dem Druckventil zugeordneten Seite eine größere Wirkfläche als auf seiner dem Wirkbereich an dem umzuformenden Rohling zugeordneten Seite aufweisen und dadurch kraftverstärkend wirken kann.
  • In diesem Zusammenhang ist es von besonderem Vorteil, wenn die Endlagen der Bewegung des stößelartigen Plungers durch einstellbare, vorzugsweise steuerbar einstellbare Anschläge vorgegeben wird. Hierdurch lässt sich das durch den Druckimpuls und den Volumenstrom des Druckmediums in Richtung auf den Wirkbereich des Wirkmediums verschobene Volumen des Wirkmediums genau einstellen und damit der Umformprozess sehr genau beeinflussen. Wird die Bewegung des Plungers während bzw. nach dem Druckimpuls genau beeinflusst, ergibt sich eine definierte Erzeugung des Druckverlaufs in dem Wirkbereich des Wirkmediums an dem Rohling und damit eine genau steuerbare und sichere Umformung des Rohlings in Bezug auf die Formflächen des Werkzeugs.
  • Hierbei ist es in weiterer Ausgestaltung denkbar, dass der stößelartige Plunger durch das Beaufschlagen des Wirkbereichs an dem umzuformenden Rohling mit Wirkmedium in seine bestimmungsgemäße Endlage vor der Umformung des umzuformenden Rohlings verschoben wird. Dieses Beaufschlagen des Wirkbereichs mit Wirkmedium kann z.B. durch einen Dichtstempel erfolgen, der einen hohlen Rohling endseitig abdichtet und durch den das Innere des hohlen Rohlings vorab mit Wirkmedium gefüllt wird. Da das im Inneren des hohlen Rohlings befindliche Wirkmedium auch den Plunger beaufschlagt, lässt sich dieser auf diese Weise in seine eine Endlage verschieben.
  • Weiterhin ist es denkbar, dass mehr als ein Druckspeicher und jeweils ein zugeordnetes Druckventil vorgesehen sind, wobei die Druckspeicher im Wechsel befüllt und zur Freisetzung des Druckimpulses benutzt werden. Hierdurch lässt sich die Taktzeit einer solchen Vorrichtung deutlich verringern, da immer ein Druckspeicher aufgeladen werden kann, während der andere Druckspeicher gerade für den Umformtakt benutzt wird. Dies kann z.B. dadurch erreicht werden, dass die mehreren Druckspeicher fluidisch mit der gleichen Zuleitung für das Druckmedium in Richtung auf den Wirkbereich an dem umzuformenden Rohling verbunden sind und immer nur der jeweils für die Umformung aktive Druckspeicher in fluidischer Verbindung mit der Zuleitung steht, während die anderen Druckspeicher durch die zugeordneten Druckventile gegenüber der Zuleitung abgetrennt sind.
  • Weiterhin ist es denkbar, dass die Vorrichtung zur Blechumformung und/oder zur Massivumformung nutzbar ist. So kann bei der Blechumformung sowohl ein ebener oder nicht-geschlossen gekrümmter Rohling durch ein mit dem Rohling in fluiddichter Verbindung stehender Wirkbereich der Vorrichtung mit Wirkmedium beaufschlagt und gegen die entsprechend angeordneten Wandungen eines Werkzeugs gepresst werden, wodurch sich die entsprechenden Abschnitte der Wandungen des Rohlings an die Form der Wandungen eines Werkzeugs anlegen. Auch ist es denkbar, einen massiven Rohling auf entsprechende Weise zu verformen.
  • Weiterhin ist es denkbar, die Vorrichtung an Folgeverbundwerkzeuge anzubauen und/oder in Folgeverbundwerkzeuge zu integrieren, da die gerätetechnischen Anforderungen an die Vorrichtung moderat und deren steuerungstechnische Integration in angrenzende Fertigungseinrichtungen durch die Verwendung herkömmlicher Industriehydraulik einfach ist.
  • Weiterhin kann beim Umformen von Rohren auf der dem Plunger gegenüberliegenden Seite des hohlen rohrförmigen Rohlings ein hydraulisch betätigbarer Dichtstempel angeordnet sein, durch den der rohrartige Rohling in axialer Richtung vorspannbar ist. Dieser hydraulisch betätigbare Dichtstempel kann über einen separaten Druckspeicher betätigt werden, der statisch arbeitet oder ebenfalls einen sehr schnellen Druckimpuls auf den Dichtstempel ausüben kann. In besonders vorteilhafter Weise kann der hydraulisch betätigbare Dichtstempel hydraulisch gekoppelt von dem Druckmedium beaufschlagt werden, das bei Freigabe des Druckventils in Richtung auf das Innere des hohlen umzuformenden Rohlings verschoben wird. Hierdurch lässt sich neben der Erzeugung des Dichtdrucks, die vorteilhaft separat über eine eigene Druckerzeugung für den Dichtstempel erfolgen wird, der Druck des Druckmediums nutzen, um die Umformung des Rohlings durch die Wirkung des Dichtstempels zusätzlich zu beeinflussen. So kann z.B. der Dichtstempel durch die quasi zeitgleiche Druckerhöhung auf den Dichtstempel weitere Volumenströme des Wirkmediums hervorrufen oder das Wirkmedium zusätzlich, auch zeitversetzt etwa durch Verwendung entsprechender Zeitglieder unter Druck setzen.
  • Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt die Zeichnung.
  • Es zeigen:
    • Figur 1
    - in einer sehr schematischen Übersicht den grundsätzlichen Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Druckspeicher, einem Druckventil und einem Dichtzylinder zur Innenhochdruckumformung eines rohrartigen Rohlings in einem zweiteiligen Werkzeug,
    Figur 2
    - eine Variante der Ausgestaltung der Vorrichtung gemäß Figur 1 mit einem zwischengeschalteten Druckübersetzer zwischen Druckmedium und Wirkmedium im unbetätigten Zustand,
    Figur 3
    - die Vorrichtung gemäß Figur 2 im betätigten Zustand,
    Figur 4
    - eine Variante der Vorrichtung gemäß Figur 2 mit elektromotorisch verstellbaren Anschlägen für den Druckübersetzer,
    Figur 5
    - eine Variante der Vorrichtung gemäß Figur 2 mit zwei parallel arbeitsfähigen Druckspeichern und Druckventilen, die wechselweise auf den gleichen Druckübersetzer einwirken,
    Figur 6
    - eine Variante der Vorrichtung gemäß Figur 2 mit einem eigenständigen Impulsgeber in Form eines Druckspeichers für die Betätigung eines Dichtstempels,
    Figur 7
    - eine Variante der Vorrichtung gemäß Figur 6, bei der das Druckmedium des ersten Druckspeichers fluidisch leitend auch für die Betätigung eines Dichtstempels genutzt wird.
  • In der Figur 1 ist in einer sehr schematischen Übersicht den grundsätzlichen Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 mit einem Druckspeicher 2, einem Druckventil 3 und einem Dichtzylinder 19 zur Innenhochdruckumformung eines rohrartigen Rohlings 5 in einem zweiteiligen Werkzeug 6 dargestellt und dessen grundsätzliche Funktion erkennbar. Dieser grundsätzliche Aufbau der Vorrichtung 1 hat eine Reihe von Übereinstimmungen mit konventionellen Vorrichtungen zur Durchführung des Innenhochdruckumformens, so dass hier vornehmlich auf die Unterschiede der erfindungsgemäßen Vorrichtung abgestellt und diese erläutert werden sollen.
  • Der Druckspeicher 2 ist hier als eine bevorzugte Ausgestaltung als zweikammeriger Blasenspeicher ausgebildet, wobei ein erstes Teilvolumen 10 mit einem Gasvolumen 17 aus einem Gasvorrat 9, wie etwa einem Vorrat von Stickstoff, befüllt werden kann. Das Druckprofil kann durch eine entsprechende Variation der Stickstofffüllung in dem Druckspeicher 2 beeinflusst werden. Dieses Teilvolumen 10 ist durch eine Membran 23 von einem zweiten Teilvolumen 11 zur Bevorratung eines Druckmediums 12 abgetrennt, das aus einem separaten Reservoir 24 über eine nicht weiter erläuterte Füllvorrichtung 14 und einen Kanal in einem Ventilkörper 15 des Druckventils 3 befüllt werden kann. Das Teilvolumen 11 des Druckspeichers 2 steht dabei in fluidleitender Verbindung mit einem Druckventil 3, bestehend aus dem Ventilkörper 15 und einem Ventil 25. Ein solches Druckventil 3 kann in verschiedenster Bauform realisiert werden, daher werden hier nur die zueinander beweglichen Bauteile Ventilkörper 15 und Ventil 25 angedeutet. Charakteristisch für das Druckventil 3 ist hingegen die Möglichkeit, das Druckventil 3 in sehr kurzer Zeit zu öffnen und zu schließen, um den Druck des Druckmediums 12 in dem Teilvolumen 11 wie nachfolgend noch näher beschrieben in Richtung auf das Innere des Rohlings 5 zu leiten. Vorteilhaft ist die Ausbildung des Druckventils 3 als Sitzventil großer Nennweite oder entsprechendes Servoventil.
  • Öffnet das Druckventil 3 schlagartig, wie dies für eine konstruktiv etwas andere Ausgestaltung etwa in der Figur 3 zu erkennen ist, wird die Passage des Druckmediums 12 durch den Ventilkörper 15 zu einer fluiddicht an dem Ventilkörper 15 angeordneten Verbindungsleitung 4 geöffnet und das Druckmedium 12 kann in die Bohrung 16 der Verbindungsleitung 4 gelangen. Für diesen einfachen Fall des Aufbaus der Vorrichtung gemäß Figur 1 ist das Druckmedium 12 gleich dem wie später beschrieben getrennten Wirkmedium 13, das aus der Verbindungsleitung 4 und einen Dichtaufsatz 8 in das Innere des hier hohlen und umzuformenden Rohlings 5 gelangt.
  • Der Rohling 5, der Einfachheit halber hier rohrförmig mit einer sickenartigen Erweiterung dargestellt, soll in diesem einfachen Fall mittels IHU aufgeweitet werden und wird zu diesem Zweck durch das Wirkmedium 13 gegen die beiden Hälften 6 eines formgebenden Werkzeugs gepresst, so dass es die Form und die Oberflächenstrukturierung der beiden Hälften 6 des Werkzeugs annimmt.
  • An dem dem Dichtaufsatz 8 gegenüberliegenden Ende des Rohlings 5 wird die dort vorliegende Öffnung des Rohlings 5 in grundsätzlich bekannter Weise durch einen Dichtstempel 7 eines Dichtzylinders 19 abgedichtet, der mittels Druckbeaufschlagung einer nicht weiter relevanten fluiden Mediums über eine Füllvorrichtung 14 gegen das offene Ende des Rohlings 5 gepresst wird. Vor dem Umformen des Rohlings 5 wird über eine mit dem Endbereich des Dichtstempels 7 in fluidleitender Weise angeordneten und verbundenen Füllvorrichtung 14 Wirkmedium 13 in das Innere des Rohlings 5 eingefüllt und ggf. schon unter einen erhöhten Fülldruck gesetzt.
  • Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 lässt sich etwa wie folgt beschreiben:
    • Zunächst wird das Teilvolumen 10 des Druckspeichers 2 mit dem Gas 17 aus dem nur schematisch angedeutet Gasvorrat 9 befüllt und unter sukzessive unter hohen Druck gesetzt. Hierbei kann die Antriebsleistung dieser Pumpvorrichtung 14 relativ klein sein, da das Gas 17 in dem Teilvolumen 10 die zugeführten Druckunterschiede quasi speichert. Durch die sukzessive Druckerhöhung in dem komprimierbaren Gas 17 in dem Teilvolumen 10 kommt auch das über die Membran 23 belastete Druckmedium 12 in dem Teilvolumen 11 des Druckspeichers 2 unter zunehmendem Druck, wobei das vorteilhaft als Flüssigkeit ausgebildete Druckmedium 12 im Gegensatz zu dem Gas 17 nicht nennenswert kompressibel ist.
  • Wird nun durch die Öffnungscharakteristik und den großen Öffnungsquerschnitt des Druckventils 3 das so unter hohem Druck gesetzte Teilvolumen 11 des Druckmediums 12 quasi schlagartig freigegeben, so kann das Druckmedium 12 impulsartig über die Bohrung 16 der Verbindungsleitung 4 und den Dichtaufsatz 8 in das Innere des Rohlings 5 strömen und das dort vorher wie beschrieben eingefüllte Wirkmedium 13 ebenfalls unter diesen Druck setzen. Die Wandungen des Rohlings 5 werden dadurch impulsartig in Richtung auf die Hälften 6 des Werkzeugs hin beschleunigt und gegen diese prallen. Hierdurch formen sich die Wandungen des Rohlings 5 entsprechend den formgebenden Wandungen der Hälften 6 des Werkzeugs und bilden damit die umgeformte Konfiguration des Rohlings 5. Dadurch wird das Druckmedium 12 beschleunigt und das Wirkmedium 13 im Inneren des Rohlings 5 wird komprimiert. Da der Rohling 5 umgeformt wird, erfolgt eine schnelle Volumenverschiebung von Wirkmedium im Werkzeug. Dies führt zu einer Ausformung des Rohlings 5 in den beiden Hälften 6 des Werkzeugs.
  • Anders als bei der bekannten reinen Impulsumformung, die nur durch den sehr kurzzeitigen Druckimpuls zu einer Beschleunigung der Wandungen des Rohlings 5 in Richtung auf die Hälften 6 des Werkzeugs sorgen kann, wird bei der erfindungsgemäßen Vorgehensweise ein deutlicher Volumenstrom des Druckmediums 12 von dem Druckspeicher 2 in das Innere des Rohlings 5 verschoben und kann bis zur endgültigen und sicheren Ausformung der Sollkontur des umgeformten Rohlings 5 auch in dem Inneren des Rohlings 5 verbleiben, etwa indem das Druckventil 3 ebenfalls schlagartig wieder verschlossen wird.. Die Umformung des Rohlings 5 erfolgt dabei schlagartig durch das verdrängte Wirkmedium 13, welches sich in der Rohling 5 befunden hat.
  • Auf diese Weise können schlagartig große Volumenströme von Druckmedium 12/Wirkmedium 13 und Druckwellen erzeugt werden, die alle Vorteile ermöglichen, die auch bei anderen Hochgeschwindigkeitsumformverfahren bestehen. Das erfindungsgemäße Verfahren verbindet quasi die Vorteile der bekannten langsamen Innenhochdruckumformung mit den Vorteilen der Impulsumformung und vermeidet dabei die Nachteile der unsicheren Ausformung der Fertigteilgeometrie des umgeformten Rohlings 5, die bei der bisher bekannten Impulsumformung zu Problemen geführt hat. Durch die definierte Aufladung des Druckspeichers 2 und die definierte Ansteuerung des Druckventils 3 ist zudem eine einfache Einbindung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 in Steuerungen und eine gute Regelbarkeit und Reproduzierbarkeit des Umformprozesses gegeben.
  • Diese sehr einfache Ausgestaltung der grundlegenden Vorrichtung 1 kann nun z.B. gemäß Figuren 2 und 3 dadurch modifiziert werden, dass zwischen den Druckspeicher 2 und der Rohling 5 ein Druckübersetzer 18 in Form eines Plungers vorgesehen wird. Ein solcher Druckübersetzer 18 ist ein gegenüber der Bohrung 16 der Verbindungsleitung 4 fluiddicht abgedichteter Plunger 18, der leicht verschieblich in der Bohrung 16 der Verbindungsleitung 4 verschiebbar ist. Dabei wird ein Ende des Plungers 18 von dem Druckmedium 12 und die andere Seite des Plungers 18 von dem Wirkmedium 13 beaufschlagt, wobei der Plunger 18 Druckmedium 12 und Wirkmedium 13 aber voneinander trennt. Druckmedium 12 und Wirkmedium 13 können daher auch unterschiedliche Fluide sein. Ebenfalls kann der Druckübersetzer 18 unterschiedliche Abmessungen der Kontaktflächen für Druckmedium 12 und Wirkmedium 13 aufweisen, so dass der Druck im Druckmedium 12 flächenproportional erhöhend auf das Wirkmedium 13 übertragen wird.
  • In der Figur 2 ist die Vorrichtung 1 mit dem zwischengeschalteten Druckübersetzer 18 zwischen Druckmedium 12 und Wirkmedium 13 im unbetätigten Zustand und in der Figur 3 im betätigten Zustand dargestellt. In der Figur 2 ist der Plunger 18 in seiner Anfangsstellung vor der Druckbeaufschlagung bei geschlossenem Ventil 3 zu erkennen, wohingegen die Figur 3 den Plunger 18 in seiner relativ zur Stellung gemäß Figur 2 nach rechts verschobenen Endlage und bei geöffnetem Druckventil 3 zeigt. Auch ist hierbei in der Figur 3 der Dichtstempel 7 gegen das offene Ende des umgeformten Rohlings 5 gedrückt und damit diese Öffnung abdichtend dargestellt.
  • Gemäß Figur 4 kann in einer weiteren Variante durch eine Hubbegrenzung des Plungers 18 die genaue Fördermenge des Druckmediums 12 aus dem Druckspeicher 2 eingestellt werden. Hierzu wird in der Bohrung 16 der Verbindungsleitung 4 ein über einen z.B. elektromotorischen Stellantrieb 21 verstellbarer Anschlag 20 vorgesehen, der in definierte Stellungen verfahrbar ist und gegen den der Plunger 18 bei der Druckbeaufschlagung durch das Druckmedium 12 anschlägt. Dieser Anschlag 20 kann aufgrund seines Antriebs 21 auch zur Rückstellung des Plungers 18 in seine Ausgangslage genutzt werden. Weiterhin kann der Druckimpuls über die Speicherparameter genau definierbar sein. Dies ermöglicht die Einstellung genauer reproduzierbarer Umformparameter, die bei anderen HGU-Verfahren bisher nicht möglich war.
  • Die Figur 5 zeigt eine Variante der Vorrichtung 1 gemäß Figur 2 mit zwei parallel arbeitsfähigen Druckspeichern 2, 2' und Druckventilen 3, 3', die wechselweise auf den gleichen Druckübersetzer 18 einwirken. Hierzu wird die vorstehend beschriebene Einheit aus Druckspeicher 2 und Druckventil 3 quasi doppelt oder (nicht weiter dargestellt) mehrfach ausgebildet und der jeweils durch Öffnen eines Druckventils 3 abgegebene Volumenstrom des Druckmediums 12 wird in einen gemeinsamen Zuleitungskanal 26 geleitet, der dann in der beschriebenen Form fluidleitend in die Verbindungsleitung 4 übergeht. Somit kann während des Ladevorgangs der einen Kombination aus Druckspeicher 2/Druckventil 3 die andere Kombination aus Druckspeicher 2'/Druckventil 3' zur Umformung eines Rohlings 5 benutzt werden, im Anschluss daran wechselt dann die jeweilige Betriebsweise. Hierdurch ist eine schnellere Schussfolge möglich und damit eine höhere Taktrate der Vorrichtung 1.
  • In der Figur 6 ist eine Variante der Vorrichtung 1 gemäß Figur 2 mit einem eigenständigen Impulsgeber in Form eines Druckspeichers 2' für die Betätigung eines Dichtstempels 7 zu erkennen. Durch den hohlgebohrten Dichtstempel 7 erfolgt wie schon beschrieben die Befüllung des Innenraums des umzuformenden Rohlings 5 mit Wirkmedium 13. Neben einer statischen Anpressung des Dichtstempels 7 durch Zuführung von Druck aus einem Reservoir 14 in den einen Arbeitsraum des Zylinders 19 kann der gleiche Arbeitstraum des Zylinders 19 aber auch mit einer eigenständigen Druckversorgung aus dem Druckspeicher 2' ausgestattet werden. Hierdurch kann mittels des Zylinders 19 der Rohling 5 auch axial, ggf. auch schlagartig oder mit vorgebbarem veränderlichen Druckverlauf, vorgespannt werden, was einen Nachschiebeeffekt wie beim statischen Innenhochdruckumformen ermöglicht und so die Prozessgrenzen nochmals erweitern kann.
  • Die Figur 7 zeigt eine Variante der Vorrichtung 1 gemäß Figur 6, bei der dieser Gedanke der anpassbaren Vorspannung des Wirkmediums 13 im Inneren des umzuformenden Rohlings 5 weiter geführt wird und dazu das Druckmedium 12 des ersten Druckspeichers 2 fluidisch leitend auch für die Betätigung des Dichtstempels 7 genutzt wird. Hierzu verbindet eine Fluidleitung 22, ggf. über eine Drossel oder ein Rückschlagventil abgesichert, den Bereich in Strömungsrichtung hinter dem Druckventil 3 mit dem Dichtzylinder 19 des Dichtstempels 7. Somit wird ein schlagartiger Druckaufbau sowohl wie vorstehend beschrieben über die Verbindungsleitung 4 als auch über den Dichtstempel 7 auf das Wirkmedium 13 im Inneren des Rohlings 13 aufgebaut, ohne dass keine zusätzliche Fluidversorgung und eine eigene Druckerhöhungseinrichtung wie bei der Variante gemäß Figur 6 notwendig wird. Auch ist dadurch die zeitliche Synchronisation des Druckaufbaus auf beiden Wege einfacher.
    • Sachnummernliste
    • 1
    - Vorrichtung
    2
    - Druckspeicher
    3
    - Ventil
    4
    - Verbindungsleitung
    5
    - Rohling
    6
    - Werkzeughälfte
    7
    - Dichtkolben
    8
    - Dichtaufsatz
    9
    - Gasvorrat
    10
    - Teilvolumen Druckspeicher für Gasvolumen
    11
    - Teilvolumen Druckspeicher für Druckmedium
    12
    - Druckmedium
    13
    - Wirkmedium
    14
    - Füllvorrichtung
    15
    - Ventilkörper
    16
    - Bohrung Verbindungsleitung
    17
    - Gasvolumen
    18
    - Druckübersetzer/Plunger
    19
    - Dichtzylinder
    20
    - Anschlag
    21
    - Verstellantrieb Anschlag
    22
    - Fluidleitung
    23
    - Membran
    24
    - Reservoir
    25
    - Ventil
    26
    - Zuleitungskanal
    27
    - Wirkbereich

Claims (20)

  1. Verfahren zum hydraulischen Hochgeschwindigkeits-Hochdruckumformen, bei dem ein in einem Wirkbereich (27) an einem umzuformenden Rohling (5) befindliches hydraulisches Wirkmedium (13) mit einem Druckimpuls schlagartig beaufschlagt wird und das hydraulische Wirkmedium (13) den umzuformenden Rohling (5) zumindest bereichsweise in Richtung auf ein Umformwerkzeug (6) hin beschleunigt,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    gleichzeitig mit dem Druckimpuls und/oder nach dem Druckimpuls derart hydraulisches Wirkmedium (13) in den Wirkbereich (27) an dem umzuformenden Rohling (5) verschoben und derart unter Druck in dem Wirkbereich (27) gehalten wird, dass die Druckwirkung des Wirkmediums (13) den umzuformenden Rohling (5) in dem Wirkbereich (27) sicher an die formgebenden Oberflächen des Umformwerkzeugs (6) anlegt.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wirkmedium (13) in das Innere des hohlen umzuformenden Rohlings (5) verschoben und innerhalb des Rohlings (5) gehalten wird oder das Wirkmedium (13) in einen abgeschlossenen Wirkbereich (27) an dem umzuformenden Rohling (5) verschoben und in diesem Wirkbereich (27) des Rohlings (5) gehalten wird.
  3. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Erzeugung des Druckimpulses und die Verschiebung von Wirkmedium (13) in den Wirkbereich (27) an dem umzuformenden Rohling (5) mittels konventioneller hydraulischer Komponenten erfolgt.
  4. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erzeugung des Druckimpulses mittels eines vorab aufladbaren Druckspeichers (2, 2') erfolgt.
  5. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erzeugung des Druckimpulses und die Verschiebung von Wirkmedium (13) in den Wirkbereich (27) an dem umzuformenden Rohling (5) mittels eines schlagartig öffenbaren Druckventils (3) erfolgt, wobei insbesondere das Druckventil (3) nach der Weiterleitung des Druckmediums (12) in sehr kurzer Zeit wieder geschlossen wird.
  6. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckimpuls, vorzugsweise sein zeitlicher Verlauf und seine Impulshöhe, und damit die umformende Wirkung des Wirkmediums (13) auf den umzuformenden Rohling (5) durch Veränderung der Charakteristik des Druckspeichers (2) und/oder durch Veränderung der Charakteristik des Druckventils (3) beeinflusst werden kann, insbesondere die Charakteristik des Druckspeichers (2) durch die Menge des Druckmediums (12), mit dem der Druckspeicher (2) vor dem Druckimpuls sukzessive befüllt wird, und/oder durch den Vorspanndruck des Druckspeichers (2) und/oder durch den Ladedruck des Ladeaggregats (9) für den Druckspeicher (2) beeinflusst wird.
  7. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Charakteristik des Druckventils (2) durch sein Öffnungsverhalten, insbesondere durch den Beginn und das Ende der Öffnungszeit und/oder die Veränderung des Öffnungsquerschnitts beeinflusst wird, insbesondere das Öffnungsverhalten des Druckventils (2) den Volumenstrom des Wirkmediums (13) in den Wirkbereich (27) an dem umzuformenden Rohling (5) und den Verlauf des Drucks des Wirkmediums (13) im Wirkbereich (27) an dem umzuformenden Rohling (5) beeinflusst.
  8. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformverhalten des Rohlings (5) durch den vorab einstellbaren Fülldruck des Wirkmediums (13) im Wirkbereich (27) an dem umzuformenden Rohling (5) beeinflusst wird.
  9. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Druckspeicher (2) und dem mit dem Wirkmedium (13) beaufschlagten Wirkbereich (27) an dem umzuformenden Rohling (5) ein Druckübersetzer (18), vorzugsweise ein in Richtung auf den Wirkbereich (27) an dem umzuformenden Rohling (5) hin verschiebbarer Plunger (18) angeordnet wird.
  10. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein rohrartiger hohler Rohling (5) beim Umformen mit einem hydraulisch betätigbaren Dichtstempel (7) auf der dem Druckventil (3) gegenüberliegenden Seite des rohrartigen hohlen Rohlings (5) in axialer Richtung vorgespannt wird.
  11. Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulisch betätigbare Dichtstempel (7) hydraulisch gekoppelt von dem Druckmedium (13) beaufschlagt wird, das bei Freigabe des Druckventils (2) in Richtung auf den Wirkbereich (27) an dem umzuformenden Rohling (5) verschoben wird, insbesondere die hydraulische Beaufschlagung des hydraulisch betätigbaren Dichtstempels (7) zeitlich verzögert oder mit veränderten Druck erfolgt.
  12. Vorrichtung (1) zum hydraulischen Hochgeschwindigkeits-Hochdruckumformen, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1, mit einem Druckerzeuger, mit dem ein Druckimpuls in einem Druckmedium (12) erzeugt werden kann, wobei der Druckimpuls in einem Wirkbereich (27) an einem umzuformenden Rohling (5) befindliches hydraulisches Wirkmedium (13) schlagartig beaufschlagt und das hydraulische Wirkmedium (13) den umzuformenden Rohling (5) zumindest bereichsweise in Richtung auf ein Umformwerkzeug (6) hin beschleunigt,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Druckerzeuger einen Druckspeicher (2) und ein schlagartig betätigbares Druckventil (3) aufweist, die derart betätigbar sind, dass gleichzeitig mit dem Druckimpuls und/oder nach dem Druckimpuls derart hydraulisches Wirkmedium (13) in den Wirkbereich (27) an dem umzuformenden Rohling (5) verschoben und derart unter Druck in dem Wirkbereich (27) gehalten wird, dass die Druckwirkung des Wirkmediums (13) den umzuformenden Rohling (5) in dem Wirkbereich (27) sicher an die formgebenden Oberflächen des Umformwerkzeugs (6) anlegt.
  13. Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckventil (3) ein vorzugsweise elektrisch ansteuerbares Sitzventil, vorzugsweise ein Servoventil, mit großer Nennweite aufweist.
  14. Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckspeicher (2) mit einem leistungsmäßig mit geringer Ladeleistung arbeitenden Ladeaggregat (9) gefüllt und unter Druck setzbar ist.
  15. Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckspeicher (2) als Blasenspeicher mit einer Gasfüllung (17) ausgebildet ist, insbesondere die Gasfüllung des Blasenspeichers (2) zur Beeinflussung des Druckprofils veränderbar ist.
  16. Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Druckspeicher (2) und dem Wirkbereich (27) an dem umzuformenden Rohling (5) ein Druckübersetzer (18) angeordnet ist, insbesondere zwischen dem Druckspeicher (2) und dem Wirkbereich (27) an dem umzuformenden Rohling (5) ein stößelartiger Plunger (18), vorzugsweise ein in Richtung auf den Wirkbereich (27) an dem umzuformenden Rohling (5) hin verschiebbarer Plunger (18), angeordnet ist, der auf der einen Seite von dem Druckmedium (12) und auf der Rohlingsseite von dem Wirkmedium (13) beaufschlagt wird.
  17. Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Plunger (18) auf seiner dem Druckventil (2) zugeordneten Seite eine größere Wirkfläche als auf seiner dem Wirkbereich (27) an dem umzuformenden Rohling (5) zugeordneten Seite aufweist und dadurch kraftverstärkend wirkt.
  18. Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass der stößelartige Plunger (18) durch das Beaufschlagen des Wirkbereichs (27) an dem umzuformenden Rohling (5) mit Wirkmedium (13) in seine bestimmungsgemäße Endlage vor der Umformung des umzuformenden Rohlings (5) verschoben wird.
  19. Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als ein Druckspeicher (2, 2') und jeweils ein zugeordnetes Druckventil (3, 3') vorgesehen sind, wobei die Druckspeicher (2, 2') im Wechsel befüllt und zur Freisetzung des Druckimpulses benutzt werden, insbesondere die mehreren Druckspeicher (2, 2') fluidisch mit der gleichen Zuleitung (26) für das Druckmedium (12) in Richtung auf den Wirkbereich (27) an dem umzuformenden Rohling (5) verbunden sind.
  20. Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass beim Umformen von Rohren auf der dem Plunger (18) gegenüberliegenden Seite des hohlen rohrförmigen Rohlings (5) ein hydraulisch betätigbarer Dichtstempel (7) angeordnet ist, durch den der rohrartige Rohling (5) in axialer Richtung vorspannbar ist, insbesondere der hydraulisch betätigbare Dichtstempel (7) über einen separaten Druckspeicher (2) betätigbar ist, der ebenfalls einen sehr schnellen Druckimpuls auf den Dichtstempel (7) ausübt oder der hydraulisch betätigbare Dichtstempel (7) hydraulisch gekoppelt von dem Druckmedium (12) beaufschlagbar ist, das bei Freigabe des Druckventils (2) in Richtung auf das Innere des hohlen umzuformenden Rohlings (5) verschoben wird.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109404371A (zh) * 2018-06-28 2019-03-01 吉林省正轩车架有限公司 一种能缩短内高压成型工艺周期的液压系统
WO2020049027A1 (en) * 2018-09-05 2020-03-12 Aleris Rolled Products Germany Gmbh Method of producing a high-energy hydroformed structure from a 7xxx-series alloy
WO2020049021A1 (en) * 2018-09-05 2020-03-12 Aleris Rolled Products Germany Gmbh Method of producing a high-energy hydroformed structure from a 2xxx-series alloy
WO2020074353A1 (en) * 2018-10-08 2020-04-16 Aleris Rolled Products Germany Gmbh Method of producing a high-energy hydroformed structure from a 7xxx-series alloy
WO2020099124A1 (en) * 2018-11-12 2020-05-22 Aleris Rolled Products Germany Gmbh Method of producing a high-energy hydroformed structure from a 7xxx-series alloy

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3057313A (en) * 1960-06-03 1962-10-09 Dow Chemical Co Method and apparatus for forming metal
DE1652616A1 (de) 1968-02-17 1971-04-01 Bolt Associates Inc Verfahren und Vorrichtung zur Verformung von Werkstoffen durch hohe Druckimpulse
US3832877A (en) * 1971-04-06 1974-09-03 Tokyu Car Corp Impact hydraulic forming equipment
JPS5584231A (en) * 1978-12-20 1980-06-25 Toshiba Corp Hydrostatic bulge forming method
DE102007018395A1 (de) * 2007-04-17 2008-10-23 Benteler Automobiltechnik Gmbh Innenhochdruck-Umformverfahren
DE102007018066B4 (de) 2007-04-17 2010-03-25 Grimm, Georg, Dipl.-Ing. Vorrichtung zum Impuls-Innenhochdruck Umformen von blechartigen Werkstücken

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH451063A (de) * 1967-06-27 1968-05-15 Tokyu Car Corp Einrichtung zum hydraulischen Verformen von Werkstücken
DE2166140C3 (de) * 1971-05-04 1975-05-22 Tokyu Sharyo Seizo K.K., Yokohama, Kanagawa (Japan) Vorrichtung zum Hochenergieumformen metallischer Werkstücke

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3057313A (en) * 1960-06-03 1962-10-09 Dow Chemical Co Method and apparatus for forming metal
DE1652616A1 (de) 1968-02-17 1971-04-01 Bolt Associates Inc Verfahren und Vorrichtung zur Verformung von Werkstoffen durch hohe Druckimpulse
US3832877A (en) * 1971-04-06 1974-09-03 Tokyu Car Corp Impact hydraulic forming equipment
JPS5584231A (en) * 1978-12-20 1980-06-25 Toshiba Corp Hydrostatic bulge forming method
DE102007018395A1 (de) * 2007-04-17 2008-10-23 Benteler Automobiltechnik Gmbh Innenhochdruck-Umformverfahren
DE102007018066B4 (de) 2007-04-17 2010-03-25 Grimm, Georg, Dipl.-Ing. Vorrichtung zum Impuls-Innenhochdruck Umformen von blechartigen Werkstücken

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109404371A (zh) * 2018-06-28 2019-03-01 吉林省正轩车架有限公司 一种能缩短内高压成型工艺周期的液压系统
WO2020049027A1 (en) * 2018-09-05 2020-03-12 Aleris Rolled Products Germany Gmbh Method of producing a high-energy hydroformed structure from a 7xxx-series alloy
WO2020049021A1 (en) * 2018-09-05 2020-03-12 Aleris Rolled Products Germany Gmbh Method of producing a high-energy hydroformed structure from a 2xxx-series alloy
CN112839749A (zh) * 2018-09-05 2021-05-25 空中客车简化股份公司 由2xxx系列合金生产高能液压成形结构的方法
CN112840059A (zh) * 2018-09-05 2021-05-25 空中客车简化股份公司 由7xxx系列合金生产高能液压成形结构的方法
CN112839749B (zh) * 2018-09-05 2024-05-28 空中客车简化股份公司 由2xxx系列合金生产高能液压成形结构的方法
WO2020074353A1 (en) * 2018-10-08 2020-04-16 Aleris Rolled Products Germany Gmbh Method of producing a high-energy hydroformed structure from a 7xxx-series alloy
CN113227433A (zh) * 2018-10-08 2021-08-06 空中客车简化股份公司 由7xxx系列合金生产高能液压成形结构的方法
WO2020099124A1 (en) * 2018-11-12 2020-05-22 Aleris Rolled Products Germany Gmbh Method of producing a high-energy hydroformed structure from a 7xxx-series alloy
CN113226585A (zh) * 2018-11-12 2021-08-06 空中客车简化股份公司 由7xxx系列合金制备高能液压成形结构的方法

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