WO2012000490A2 - Verfahren und vorrichtung zur inkrementellen umformung von profilrohren, insbesondere von profilrohren mit über die längsachse variierenden querschnitten - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur inkrementellen umformung von profilrohren, insbesondere von profilrohren mit über die längsachse variierenden querschnitten Download PDF

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    • E04C2003/0469—Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces of metal beams, girders, or joists characterised by cross-sectional aspects characterised by substantial shape of the cross-section triangular-shaped

Definitions

  • the invention relates to a method for the incremental deformation of profile tubes, in particular of profile tubes with varying over the longitudinal axis cross-sections according to the preamble of claim 1 and a device suitable for carrying out the method according to the preamble of claim 25 and correspondingly produced components according to the preamble of claim 34.
  • the object of the present invention is therefore to specify a production method for profile tubes, in particular for profile tubes with cross sections varying over the longitudinal axis, with which even complex tube cross sections can be produced in one process step and thus considerably more economically than in conventional methods.
  • the invention relating to the method is based on a method for forming profile tubes, in particular of profile tubes with cross sections varying over the longitudinal axis.
  • a method for forming profile tubes in particular of profile tubes with cross sections varying over the longitudinal axis.
  • Such a method is further developed according to the invention in such a way that a tube with an output profile cross-section is passed by means of a feed device at least once at a tool station with at least one tool, wherein the tool and the tube are arranged adjustable relative to one another in at least one degree of freedom and the tool locally locally increments the pipe cross-section during the relative movement between the pipe and the tool.
  • the combination of relative feed between the pipe and the tool station and the movement of the tool relative to the pipe can greatly affect the manner of incremental forming of the pipe by the tool.
  • the particular innovation of the method described here is the freedom of design possibilities for any geometric shapes that can be achieved due to the possible relative movements between the tool and the tube.
  • the advantages of such a manufacturing process are the reduced tooling costs and the very high flexibility, which makes this process particularly interesting for prototype construction.
  • a highly economical production of even smaller quantities is possible.
  • the deformation limits can be greatly increased compared to the otherwise usual global transformation.
  • the method according to the invention can be used particularly well for pipes, but basically also for other profiles, such as open or closed profiles. If, in the following, simplistic terms are used for pipes, this is to be understood as meaning always closed pipe profiles, but also other open or closed profile cross sections of substantially prismatic extent.
  • Important here is in particular the relatively thin-walled design of the tube to ensure good formability and a certain ductility of the material of the tube. Due to the material properties, the process control can also ensure that individual material properties change during forming, for example that the strength of the tube is increased by solidification of the tube material during forming.
  • the at least one tool converts the tube cross-section in the longitudinal direction uniformly or in sections non-uniformly incrementally.
  • the at least one tool converts the tube cross-section in the longitudinal direction uniformly or in sections non-uniformly incrementally.
  • the at least one tool is moved in up to three translational and / or at least one rotational degree of freedom relative to the tube.
  • a great variety of geometrical changes of the profile cross-section can be achieved due to the incremental deformation, which can be adjusted by means of the relative movement between the tool and tube by means of a control of these movements.
  • a step-shaped deformation of the tube can be produced in a particularly simple manner by reversing the tube several times past the tool holder and in each case locally incrementally reshaping it.
  • the entire deformation of the tube into the formed profile cross-section can be divided into a number of individual forming stages, which can be processed distributed to the respective reversing passages at the tool station. Due to the simultaneous free movement between the tool and the pipe, only one tool is normally required to carry out the forming.
  • the largest producible geometric shape of the deformed profile cross-section can be achieved if the tube during the forming an axial displacement and / or a rotation about its longitudinal axis relative to the tool station performs.
  • the superimposition of this preferably reversing executed linear relative movement between the pipe and tool or tool station with a rotating movement about the longitudinal axis, possibly superimposed with the autonomous positioning of the tool requires a high degree of control technology for coordinated execution, but at the same time allows a simple implementation of Forming with simultaneously high achievable geometry complexity.
  • the at least one tool has a spherical or spherical machining section which interacts with the tube during the incremental deformation.
  • a finger-shaped or shaft-shaped forming tool is basically known from incremental sheet metal forming and can be used particularly well for the successive transformation of complex geometries.
  • the at least one tool has at least one machining section adapted at least in sections to the profile cross-section of the pipe to be produced, which interacts with the pipe during the incremental deformation.
  • the processing speed and the quality of the surfaces to be produced can be improved, in particular in the case of geometrically demanding transformations.
  • this usually results in larger investment areas between the tool and profile cross-section, which increases the forming zone and thus the processing time is reduced.
  • An improvement in the accuracy of the deformation of the tube can be achieved if the tube is radially supported in addition to the at least one tool against the forces due to the incremental deformation by a preferably radially attacking support means. If only one tool or a larger number of tools arranged asymmetrically with respect to the tube are used in the incremental tube forming, the primary radial loading of each tool exerts a bending load on the tube relative to the tube as a result of which the tube is possibly unduly deformed. In order to absorb this load, additional support may be provided on the outer circumference of the tube by means of a steady rest or similar device which absorbs the radial forces and thereby reduces the bending load on the tube.
  • the tube when the tube is held at the end, preferably at one of its ends in a clamping device is particularly advantageous.
  • a clamping device e.g. by a one-sided clamping of the tube as in a lathe, the free tube end are completely reshaped without having to separate both sides end portions of the tube must be separated.
  • the tube is held under its tensile stress during its movement past the tool station, preferably between two clamping devices respectively arranged at the end.
  • a tensile stress is introduced into the tube during the forming, which overlaps with the local forming stresses and on the one hand leads to a stabilization of the tube against a possible bending load and on the other hand, the local transformation is beneficial.
  • the relative movements of the tube and at least one tool are coordinated with each other by means of a control.
  • the machining can be prepared with computer assistance and, if necessary, simulated.
  • the tube is stabilized during the local incremental deformation in the region of the tube wall by an inner support, which is arranged in the interior of the Proftiqueritess of the tube.
  • Such supports are basically known for example in the profile rolling of tubes and are used for more accurate production of the profile-rolled tubes by a corresponding counter-holder in the region of the forming zone.
  • Such an internal support can be realized by an internal mandrel which can likewise be positioned in one or more axes, which supports the tube from the inside and thus enables an even higher accuracy of the workpieces.
  • This inner mandrel like the externally acting forming tools, may have different geometries, and thus may also be changed or adapted depending on the particular forming stage.
  • the forming zone of the tool can always be supported exactly by the inner mandrel and thus an optimal incremental deformation can be generated.
  • the tube formed between tools and internal mandrel can be additionally calibrated during this deformation.
  • the pipe wall is supported during the local incremental deformation by a preferably foam-like or honeycomb-like support material introduced into the interior of the pipe, which is arranged in the interior of the pipe cross section.
  • a preferably foam-like or honeycomb-like support material introduced into the interior of the pipe, which is arranged in the interior of the pipe cross section.
  • the tube can be filled prior to forming with metal foams or similar foam or honeycomb support structures.
  • the load limit of the Dell or buckling stiffness which is often problematic in the case of high-strength thin-walled components, can be significantly increased by the inner support effect that can be achieved thereby.
  • the support material remains after the forming in the interior of the formed tube and thus also for the subsequent use of such formed tubes, a corresponding supporting and stabilizing effect. kung unfolded to increase the stiffness.
  • central hub components can be easily connected to such a support material.
  • the support material is formed such that the local compression of the support material by the deformation of the tube cross-section causes an additional solidification of the support material. As a result, these foam or honeycomb structures can be compacted locally on the surface, similar to the structural design of animal or human bones is the case, and thereby further stabilization of the tube is achieved during and after forming.
  • the at least one tool in addition to the relative movements relative to the tube performs oscillating in at least one spatial direction.
  • the incremental deformation can be simplified because of the small strokes, which are applied as by oscillating oscillators on the tool, an improved flow behavior of the material of the tube and thus a simplified deformation of the tube can be achieved.
  • two tubes inserted into each other at least with associated end regions are formed together in an incremental manner, so that the two tubes are connected to one another in a force-locking or form-fitting manner.
  • the skillful processing of two different tubes in the end region the production of a positive connection similar to a snap or screw cap is also possible. This is advantageous, for example, in the assembly of profile-like structures and can even make welding processes superfluous, since the transmission of torques is also possible by means of such connections.
  • the tube cross-section of the formed tube is formed asymmetrically. This achieves a further broadening of the geometries that can be produced, e.g. For example, with such unbalanced shapes, terminals e.g. for pipe joints, branches or the like.
  • the deformed regions of the tube cross-section have functional surfaces, preferably toothings form fasteners, fins or the like.
  • otherwise elaborate milling processes made of solid material can be replaced by tube forming.
  • the component weight can be reduced technically, on the other hand, the production is much more cost-effective with constant component properties.
  • lightweight compressors for example for applications in the field of mobile fuel cell technology, extremely lightweight and high-strength compressors can be produced with the inventive method of seamless, high-strength steel pipes.
  • the recently encountered again Roots compressor can be prepared in such a way. Even gears and light worm wheels can be produced in this way.
  • the invention further relates to a device for incremental deformation of profile tubes, in particular of profile tubes with varying over the longitudinal axis cross sections, in particular for performing the method according to claim 1, wherein the device comprises a clamping device for the incrementally reshaping tube and at least one tool station with at least one tool wherein the clamping device and thus the clamped tube and the tool station are arranged relative to each other displaceable and / or rotatable and a single or each tool in the tool station can perform at least one relative movement relative to the tool station, in which the clamped tube is formed incrementally.
  • the Relatiwerschiebung between umzuformendem tube and the tool or the tool station for example, by an arrangement of the clamping station and the tool station relatively movable to each other on a common, preferably aligned in the longitudinal direction of the tube machine bed can be achieved, wherein clamping station and tool station individually or both to each other and / or are arranged rotatable.
  • clamping station and tool station individually or both to each other and / or are arranged rotatable.
  • the clamping device clamps the tube on one side or on both sides end side.
  • the producible deformed profile length is the largest, but at the same time the bending load is highest. Therefore, it must be ensured in such transformations that the tool attack is as symmetrical as possible and the load on the tube due to the bending loads of the individual tools compensate each other.
  • This can advantageously be achieved by arranging more than one tool at a time in the tool station, preferably symmetrically relative to the pipe, which engage the pipe and at the same time incrementally reform the pipe cross-section in several, mutually separate forming zones. In this way, in addition to the reduction of the forming time by the simultaneous deformation in several forming zones and the total load of the tube can be reduced.
  • a plurality of tools can be brought into engagement with the pipe by means of a change station, such as by using the change station different shape-adapted tools depending on the progress of the forming of the tube in the tool station and engaged in the manner described be brought with the tube.
  • processing sections which come into contact with the pipe cross-section of the tools arranged staggered in the longitudinal direction of the pipe are adapted to one another in terms of shape and dimensions and thus complement the simultaneously occurring machining operations during reversing operation of the device. build on each other.
  • the invention further relates to an incrementally deformed profile tube, produced in particular by the method according to claim 1 and / or using the device according to claim 25, wherein the output profile of the profile tube as a stationary hollow profile, preferably round or rectangular, with constant over its longitudinal extension cross-section , in particular closed hollow profile is formed.
  • Such prefabricated profile tubes can be prefabricated inexpensively as a rolled section or as a welded profile used for incremental forming. In this case, however, it is also conceivable that the initial profile of the tube is formed at least partially preformed adapted to the executed incremental deformation, for example by larger Umformoperationen the finished tube are already provided in the prefabrication. This will be achieved primarily for pipe cross-members which have uniform shape elements over the entire length.
  • the deformed tube cross-section has helical shape sections or polygonal cross-sectional sections or rounded cross-sectional sections arranged longitudinally.
  • the deformed tube cross-section can have deformed and non-formed sections arranged in the longitudinal extent which can not be produced economically or economically using conventional profiling methods for tubes.
  • a particularly preferred embodiment of the method according to the invention and of the device according to the invention is shown in the drawing.
  • FIG. 1a, 1b show a first illustration of the basic sequence of the method according to the invention for producing a profiled round tube with a molded-in groove with the aid of incremental deformation, in which the successive forming stages of the incremental deformation have been combined in a representation in FIG.
  • FIG. 3 shows a kind of stadia diagram of a typical machining sequence of a pipe shaped into a star-shaped pipe cross-section, in which the successive forming stages of the incremental deformation have been combined into a representation
  • FIG. 4a-4c show a schematic representation of a number of procedurally formed steps of the profile cross-section to be produced according to FIG. 3 together with the tools used in each case in a top view and a three-dimensional view,
  • 6a-6b - a schematic representation of a number of procedurally deformed profile cross sections in a plan view and a spatial view
  • Figure 8a-8c representation of the basic structure of a device for
  • Figure 10 - schematic representation of a number of used in the procedural forming tool shapes in a plan view and a spatial view.
  • FIG. 1 shows a first representation of the basic sequence of the method according to the invention for producing a profiled round tube with a molded-in groove by means of the incremental deformation to which the basic principle of the method according to the invention is illustrated.
  • a round tube 2 is used here for the sake of simplicity, which is held in a later described device 12 about a displacement axis with the displacement direction 4 longitudinally displaceable and rotatable about a rotation axis with the direction of rotation 23.
  • This tube is moved relative to an only indicated tool station 13, in which a tool 3 is held with a sharp-pointed mold section 6 here.
  • the tool 3 can in this case be moved relative to the tool station by linear displacements along the only schematically indicated displacement directions 8 and thus also move relative to the tool station 13 during the relative movement of the tube 3. It is also conceivable that the tool in addition to the relative displacements in the displacement directions. 8 Performs relative rotation to the tool station 13, which are not shown here.
  • the tube 2 by a number of voltage applied to the outer diameter of the tube 2 counter-holders 5 are supported in the feed direction 9 to the Pipe are zoomed up and partially absorb the forming forces. It is also conceivable that the support is not supported by abutting on the outer diameter of the tube 2 backstops 5, but that a mandrel-like counter-holder is moved into the interior of the tube 2 in and there is supported on the inner wall of the tube 2.
  • This thorn-like counter-holder can also be controlled in the interior of the tube 2 retracted so that it rests substantially always in the field of deformation by the tool 3 on the inner wall of the tube 2 and at the same time acts as a counter-tool
  • FIG. 1 b shows, in a schematic representation, a typical machining situation of a tube 2 shaped into a star-shaped tube cross-section, which is shaped into the star-shaped profile cross section 1 by two tools 3 with curved fork-like shaped sections 6.
  • the transformation is again based on the simplicity and symmetry of a circular pipe cross-section of the tube 2, which is slidably supported in a clamping carriage 17 in the direction of displacement 8 to the tools 3.
  • Each of the tools 3 can be adjusted in relation to the tube 2 again in displacement directions 8, so that the fork-shaped mold sections 6 of the tools 3 can be made accurately to the profile walls of the tube 2 to be formed.
  • the tube will reform during the reversing longitudinal adjustment in the direction of displacement 4 incrementally and thus change the profile cross-section locally. If, in succession, such reversing longitudinal displacements in the direction of displacement 4 are carried out, in each case with a changed infeed of the tool 3 relative to the tube 2, the tube is successively converted into the star-shaped profile cross-section.
  • the basic process of incremental sheet metal forming is known and will therefore not be explained in detail here.
  • the bending load of the tube is reduced because the one tool 3 serves as a quasi counter-holder for the other tool 3. It is of course conceivable that more than two tools 3 at the same time attack the pipe, with a symmetrical arrangement of the tools relative to the Profi Iquerites the tube 3 are advantageous. Also, the tools can be arranged not only relatively displaceable, but also relatively rotatable to the tube.
  • FIG. 3 shows a kind of stadia diagram of a typical machining sequence of a pipe 2 shaped into a star-shaped pipe cross-section, in which the successive forming steps of the incremental deformation were combined into a representation as in FIG.
  • a round tube 2 an approximately triangular star-shaped tube cross-section with outer Rounding formed, which divides the rounded outer parts of the pipe cross-section by deeper grooves.
  • a tool 3 " with a protruding mold section 6 is inserted during the reversing longitudinal movement in the displacement direction 4, the protruding mold section 6 preforming the deeper grooves 7 of the deformed profile cross section 11.
  • FIG. 4a to 4c are schematic representations of a number of procedurally deformed stages of the profile cross-section to be produced according to Figure 3, together with the tools used in each case in a plan view and a spatial view to recognize.
  • the successive reshaping of the originally round profile cross-section of the tube 2 towards the deformed profile cross-section 11, which is shown together in FIG. 3, can be seen even better.
  • FIGS. 5a to 6b show diagrammatic representations of a number of profile cross-sections shaped in terms of process in a plan view and a spatial view, by means of which the potential of the method according to the invention with respect to the achievable forming geometry can be recognized.
  • FIG. 6c shows a representation of a procedurally deformed tube profile with differently shaped or non-formed sections along the longitudinal extension of the tube.
  • the profile cross section can be used for locally modified deformation properties, for example for the production of deformation structures, for example in crash structures of bodies or the like.
  • either sections of the tube as described above profiled by appropriate tools 3 and then made leaving a reshaped pipe section another formed section or the tools are left along the entire length of the tube engaged, the tube 2 only in the selected area actually is transformed.
  • FIGS. 7a to 7c show an illustration of the basic construction of a device for carrying out the method according to the invention in a three-dimensional view and two plane views with a tube clamped on both sides.
  • the tube between two on both sides of a machine bed 14 with top guides 21 arranged clamping carriage 17 is received, which are arranged on the machine bed 14 by means of drives 15 in the adjustment 4 adjustable.
  • This arrangement is basically reminiscent of the construction of Drehmaschtnen for shafts or the like.
  • the clamping slide 17 itself have a rotary drive 16 for a rotary motion not required here about the longitudinal axis of the tube 3 in the direction of rotation 23.
  • a tool holder designated as a whole with the item number 19 is arranged on the machine bed 14 and guided by the guides 21, in which the individual tools 3 are received and held adjustably in the adjustment directions 8 by means of drives 18 indicated only by way of principle.
  • This unit of tool holder 19 and tools 3 and their drives 18 should be referred to as a tool station 13 as a whole.
  • the tool station is a drive 15 relativverschiebltch between the Clamping carriage 17 is supported on the guides 21 and can be displaced substantially over the entire length of the tube 2 relative to the tube 2.
  • FIGS. 8a to 8c show a modified embodiment of a device for carrying out the method according to the invention in a three-dimensional view as well as two planar views with a tube clamped on one side, in which the tube 2 is held only on one side in a clamping slide and therefore, it can be edited freely to its one end. Otherwise, the construction and the possibilities of movement correspond to the embodiment according to FIG. 7, so that reference can be made to this.
  • FIGS. 9a to 9c show a modified embodiment of a device for carrying out the method according to FIG. 8 in a three-dimensional view and two planar views with a tube clamped on one side, in which an additional possibility of movement of the tools relative to the embodiment according to FIG. 8 is provided is.
  • the tools 3 substantially only radially to the tube and thus arranged displaceably in the displacement direction 8, so in Figure 9, a displacement transverse to the longitudinal extent of the tube 2 is provided.
  • This transverse displacement allows the production of profile cross sections with transverse shapes 22, which can be locally introduced transversely to the longitudinal axis of the tube.
  • the construction and the possibilities of movement correspond to the embodiment according to FIGS. 7 and 8, respectively, so that reference can be made to this.
  • FIG. 10 shows a diagrammatic representation of a number of molds 3 used with the process-specific forming with mold sections 6 in each case in a plan view and a three-dimensional view.
  • These Forms of the tools 3 are in the simplest case of a shaft-shaped and provided with a hemispherical end tool according to Figure 10a, as it is also used in the tnkrementellen sheet metal forming.
  • such tools 3 can also adapted to the produced profile cross section of the deformed tube 11 curves, pointed projections or other form elements that interact with the reshaped profile cross-section of the tube 2 and the profile cross section pointwise or linear shape in the form of sections 6 incrementally ,
  • the selection shown represents only a small part of the conceivable designs of such tools 3 and can be widely varied in the context of the present invention.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur inkrementellen Umformung von Profilrohren (2), insbesondere von Profilrohren (2) mit über die Längsachse variierenden Querschnitten. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Rohr (2) mit Hilfe einer Vorschubeinrichtung an einem Werkzeug (3) vorbeigeführt. Das Werkzeug (3) kann aus einem einzelnen oder auch aus mehreren Einzelwerkzeugen bestehen, wobei die Anzahl dieser Werkzeuge (3) von der zu fertigenden Geometrie abhängt. Jedes Einzelwerkzeug (3) besitzt mehrere Freiheitsgrade in verschiedenen Richtungen (8) und ist ferner mit einer frei definierten geometrischen Oberfläche (6) versehen. Das heißt es können auch verschiedene Werkzeuge (3) verwendet werden, die beispielsweise Zahnformen (6) oder ähnliches beinhalten. Durch einfachste Werkzeugwechsel bei der entsprechenden Vorrichtung ist es zudem möglich in einem weiten Bereich verschiedene Querschnitte oder Rohrdurchmesser zu bearbeiten.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur inkrementellen Umformung von Profilrohren, insbesondere von Profilrohren mit über die Längsachse variierenden Querschnitten
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur inkrementellen Umformung von Profilrohren, insbesondere von Profilrohren mit über die Längsachse variierenden Querschnitten gemäß Oberbegriff des Anspruches 1 und eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung gemäß Oberbegriff des Anspruches 25 sowie entsprechend hergestellte Bauteile gemäß Oberbegriff des Anspruches 34.
Heutzutage werden profilierte Rohre für unterschiedlichste Anwendungen auch auf sehr unterschiedlichen Wegen hergestellt. Zur Herstellung von geraden und gebogenen Profilen mit über die Längsachse variierenden und zusätzlich asymmetrischen Querschnitten existieren zurzeit verschiedene Prozessketten. In der Regel werden solche Bauteile in mehreren Schritten hergestellt. Weitverbreitet sind Kombinationen aus Biegeverfahren und der Innenhochdruckumformung oder die Kombination von U- und 0- Biegen. Des Weiteren wird eine Prozesskette aus Tiefziehen von zwei Halbschalen und anschließendes Verschweißen zu einem Hohlprofil recht häufig eingesetzt. Der Nachteil aller aktuell eingesetzter Prozessketten ist die Anzahl der Verfahrensschritte, da diese sukzessive Ausführung einzelner Verfahrensschritte sehr kostenintensiv ist. Ein weiterer Kostentreiber bei den zurzeit im Einsatz befindlichen Verfahren ist der recht hohe Werkzeugaufwand. Dieser geht einher mit einer geringen Flexibilität, da für jede zu fertigende Geometrie ein eigener Werkzeugsatz gefertigt werden muss. Somit finden diese Verfahren ihre Anwendungsbereiche eher in der Serien- bzw. Massenfertigung.
Bauteile mit extrem komplexen Konturen im Maschinenbau wie Zahnräder und Schraubenrotoren oder andere längliche Bauteile wie Turbinenschaufeln werden häufig geschmiedet und anschließend präzisionsbearbeitet oder sogar aus dem Vollen gespant. Vorteilhaft wäre es, derartige Strukturen beispielsweise aus hochfesten Stahlrohren inkrementell mit hoher Präzision umformtechnisch herzustellen und die teure spanende Nachbearbeitung auf ein Minimum zu reduzieren. Ferner wären diese Strukturen, die häufig aus Vollmaterial bestehen auch als leichtere und ressourcensparende Hohlstrukturen realisierbar.
Parallel hierzu wurden in den letzten Jahren neue Umform verfahren für ebene Blechbauteile entwickelt, bei denen das Blech die gewünschte Endkontur in vielen kleinen Umformschritten erhält. Diese Umformverfahren werden insgesamt als„in- krementelle Umformverfahren" bezeichnet. Diese Verfahren verbindet, dass die zum Einsatz benötigten Umformkräfte sehr viel geringer als bei den konventionellen Umformverfahren sind. Die Idee der inkrementellen Blechumformung wurde bereits 1967 von Leszak zum Patent (US-PS 3 342 051 ) angemeldet, jedoch waren die benötigten Werkzeuge sowie CNC-Steuerungen zu dem Zeitpunkt nicht verfügbar. Erst in den '90er Jahren wurde damit begonnen, CNC-Werkzeugmaschinen für die in- krementelle Blechumformung zu nutzen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Herstellverfahren für Profilroh- re, insbesondere für Profilrohre mit über die Längsachse variierenden Querschnitten anzugeben, mit dem auch komplexe Rohrquerschnitte in einem Verfahrensgang und damit wesentlich wirtschaftlicher als bei herkömmlichen Verfahren hergestellt werden können.
Die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe ergibt sich hinsichtlich des Verfahrens aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 und hinsichtlich der Vorrichtung aus den Merkmalen des Anspruchs 25 und hinsichtlich derart hergestellter Bauteile aus den Merkmalen des Anspruchs 34 jeweils in Zusammenwirken mit den Merkmalen des zugehörigen Oberbegriffes. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung betreffend das Verfahren geht aus von einem Verfahren zur Umformung von Profilrohren, insbesondere von Profilrohren mit über die Längsachse variierenden Querschnitten. Ein derartiges Verfahren wird dadurch in erfindungsgemäßer Weise weiter entwickelt, dass ein Rohr mit einem Ausgangs-Profilquerschnitt mittels einer Vorschubeinrichtung mindestens einmal an einer Werkzeugstation mit mindestens einem Werkzeug vorbeigeführt wird, wobei das Werkzeug und das Rohr in mindestens einem Freiheitsgrad zueinander verstellbar angeordnet sind und das Werkzeug den Rohrquerschnitt bei der Relativbewegung zwischen Rohr und Werkzeug lokal inkrementell umformt. Durch die Kombination von Relativvorschub zwischen dem Rohr und der Werkzeugstation und der Bewegung des Werkzeugs relativ zu dem Rohr kann die Art und Weise der inkrementellen Umformung des Rohres durch das Werkzeug in weiten Grenzen beeinflusst werden. Hierdurch ist eine, insbesondere bei Vorsehen weiterer Relativbewegungen in andere Raumrichtungen wie Relativdrehungen oder Relatiwerschiebungen zwischen Werkzeug und Rohr, große Vielfalt von möglichen Umformgeometrien erreichbar, die für die Herstellung entsprechend komplexer Geometrien der umgeformten Rohrquerschnitte genutzt werden können. Hierbei werden die Vorteile der inkrementellen Umformung hinsichtlich der nur lokal wirkenden und daher umformtechnische besonders günstigen Beanspruchung des Rohrquerschnittes kombiniert mit den aufgrund der denkbaren Relativbewegungen zwischen Werkzeug und Rohr erzielbaren umgeformten Geometrien, wodurch bisher nicht wirtschaftlich herstellbare Profilquerschnitte insbesondere von Profilrohren mit über die Längsachse variierenden Abmessungen und Formen wirtschaftlich und genau hergestellt werden können. Die besondere Innovation des hier beschriebenen Verfahrens ist die freie Gestaltungsmöglichkeit für aufgrund der möglichen Relativbewegungen zwischen Werkzeug und Rohr erreichbaren beliebigen geometrischen Formen. Die Vorteile eines solchen Herstellungsverfahrens sind die verminderten Werkzeugkosten und die sehr hohe Flexibilität, welches dieses Verfahren gerade für den Prototypenbau interessant macht. Somit wird mittels dieses Verfahrens eine in hohem Maße wirtschaftliche Fertigung auch kleinerer Stückzahlen möglich. Als Ausgangsmaterial kann besonders vorteilhaft rundes oder auch eckiges Rohrmaterial verwendet werden, welches insbesondere zu schraubenförmigen oder polygonartigen Rohrformen umgeformt werden kann. Diese sind insbesondere durch die koordinierte Bewegung der verschiedenen Bewegungseinrichtungen beeinflussbar und erfordern zur Anpassung an unterschiedliche Rohrgeometrien nur eine relativ geringe Anpassung der Umform Werkzeuge. Auch bei der Verwendung problematisch umformbarer Werkstoffe zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren ebenfalls als besonders vorteilhaft aus. Da es sich um ein inkrementelles Verfahren handelt, können die Formänderungsgrenzen gegenüber der sonst üblichen globalen Umformung sehr stark erweitert werden. Bei der Umformung z.B. von Titanwerkstof- fen zusammen mit der hohen Formflexibilität liegt es nahe, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Beispiel Prothesen und Implantate herzustellen. Damit ist die Medizintechnik ein interessantes Anwendungsfeld. Allgemein lässt sich sagen, dass das erfindungsgemäße Verfahren besonders für Rohre, grundsätzlich aber auch für sonstige Profile wie offene oder geschlossene Profile besonders gut einsetzbar ist. Wird im weiteren vereinfachend von Rohren gesprochen, so sollen hiermit immer geschlossene Rohrprofile, aber auch sonstige offene oder geschlossene Profilquerschnitte im wesentlichen prismatischer Erstreckung gemeint sein. Wichtig ist hierbei insbesondere die relativ dünnwandige Ausgestaltung des Rohres zur Gewährleistung einer guten Umformbarkeit und eine gewisse Duktilität des Materials des Rohres. Durch die Prozessführung kann zudem aufgrund der Materialeigenschaften dafür gesorgt werden, dass sich einzelne Materialeigenschaften bei der Umformung ändern, z.B. dass die Festigkeit des Rohres durch eine Verfestigung des Rohrmaterials bei der Umformung erhöht wird.
Hierbei ist es in weiterer Ausgestaltung denkbar, dass das mindestens eine Werkzeug den Rohrquerschnitt in Längsrichtung gleichförmig oder abschnittsweise ungleichförmig inkrementell umformt. Hierdurch können im Gegensatz zu der sonst üblichen Verformung von Rohren zu komplexeren Rohrprofilen nicht nur über die ganze Länge gleichbleibende Querschnitte erzeugt werden, sondern es ist auch möglich, einfach abschnittsweise ungleichförmig geformte Profilquerschnitte herzustellen, wie sie etwa in der Automobiltechnik zur Herstellung von Karosseriebauteilen benötigt werden, die für den Crashfall eine besonders hohe Energieaufnahme durch Verformung gewährleisten sollen. Zur Herstellung derartiger Crashboxen oder Crashelemente ist es von Vorteil, steifere und weniger steife Profilquerschnitte in einem Bauteil zusammen anzuordnen, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren besonders einfach in einem Prozessschritt hergestellt werden können. Durch die entsprechende Bahngenerierung der Bahnen der Werkzeuge ist es auch möglich, ein Rohr derart zu verformen, dass das Rohr endseitig bei der Umformung verschlossen wird, indem der Rohrdurchmesser durch die Umformung im Endbereich auf Null reduziert wird. Auch ist es möglich, das umgeformte Rohr von dem verbleibenden Rohling abzutrennen, wenn das Werkzeug wie ein Drehmeißel eine Drehmaschine in das Material des Rohres punktuell einschneidet und damit die Rohrwandung gezielt schwächt oder durchschneidet.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist es denkbar, dass das mindestens eine Werkzeug in bis zu drei translatorischen und/oder mindestens einem rotatorischen Freiheitsgraden relativ zu dem Rohr bewegt wird. Durch diese große Bewegungsfreiheit des Werkzeuges relativ zu dem umzuformenden Rohr sind aufgrund der inkremen- tellen Umformung vielfältigste geometrische Veränderungen des Profilquerschnittes erreichbar, die durch die Relativbewegung zwischen Werkzeug und Rohr mit Hilfe einer Steuerung dieser Bewegungen eingestellt werden können. Je nach der herzustellenden Geometrie des Profilquerschnittes ist es möglich, bestimmte Geometrien von Profilquerschnitten mit weniger als den angegebenen Relativbewegungen zu erzeugen. Z.B. reichen zum Erzeugen eines schraubenförmig gekrümmten Profilquerschnittes eine relative Längsbewegung und eine relative Drehbewegung zwischen Werkzeug und Rohr aus.
Besonders einfach lässt sich eine stufenförmige Umformung des Rohres dadurch erzeugen, dass das Rohr reversierend mehrfach an der Werkzeugstatton vorbei bewegt und jeweils lokal inkrementell umgeformt wird. Hierdurch kann bei nur geringer Baulänge einer entsprechenden Maschine die gesamte Umformung des Rohres zu dem umgeformten Profilquerschnitt in eine Anzahl von einzelnen Umformstufen aufteilen, die verteilt auf die jeweils reversierenden Passagen an der Werkzeugstation abgearbeitet werden können. Durch die gleichzeitige freie Beweglichkeit zwischen Werkzeug und Rohr wird nur normalerweise nur ein Werkzeug benötigt, um die Umformung durchzuführen.
Eine Erhöhung der möglichen Komplexität der umformbaren Profilquerschnitte lässt sich dann erreichen, wenn das Rohr während der Bewegung an der Werkzeugstation vorbei zusätzlich rotatorisch, vorzugsweise rotatorisch um seine Längsachse herum gedreht wird. Damit lassen sich alle Umformgeometrien erzeugen, die eine Änderung des Profilquerschnittes entlang einer Schraubenlinie aufweisen oder deren Winkellage sich entlang der Länge des umzuformenden Rohres ändert. Hierzu kann das Rohr mit Hilfe eines Spannsystems um die eigene Achse rotiert werden, um zusätzlich eine Umformung auf dem kompletten Umfang des Rohres zu ermöglichen. Somit können belastungs- und funktionsangepasste Strukturen erzeugt werden. Die größte erzeugbare Formengeometrie des umgeformten Profilquerschnittes lässt sich dann erreichen, wenn das Rohr bei der Umformung eine axiale Verschiebung und/oder eine Verdrehung um seine Längsachse relativ zu der Werkzeugstation ausführt. Die Überlagerung dieser vorzugsweise reversierend ausgeführten linearen Relativbewegung zwischen Rohr und Werkzeug bzw. Werkzeugstation mit einer rotierenden Bewegung um die Längsachse, ggf. überlagert mit den eigenständigen Positionierbewegungen des Werkzeuges erfordert zwar ein hohes Maß an Steuerungstechnik zur koordinierten Ausführen, ermöglicht aber gleichzeitig eine einfache Durchführung der Umformung bei gleichzeitig hoher erreichbarer Geometriekomple- xität.
In einer ersten Ausgestaltung ist es denkbar, dass das mindestens eine Werkzeug einen kugeligen oder balligen Bearbeitungsabschnitt aufweist, der mit dem Rohr bei der inkrementellen Umformung wechselwirkt. Ein derartiges fingerförmiges oder schaftförmiges Umformwerkzeug ist grundsätzlich aus der inkrementellen Blechumformung bekannt und kann besonders gut zur sukzessiven Umformung komplexer Geometrien eingesetzt werden. In einer anderen Ausgestaltung ist es aber auch denkbar, dass das mindestens eine Werkzeug mindestens einen dem herzustellenden Profilquerschnitt des Rohres zumindest abschnittsweise angepassten Bearbeitungsabschnitt aufweist, der mit dem Rohr bei der inkrementellen Umformung wechselwirkt. Hierdurch können insbesondere bei geometrisch anspruchsvollen Umformungen die Bearbeitungsgeschwindigkeit und die Güte der herzustellenden Oberflächen verbessert werden. Zudem ergeben sich hierbei in der Regel größere Anlagebereiche zwischen Werkzeug und Profilquerschnitt, wodurch die Umformzone vergrößert und damit die Bearbeitungszeit gesenkt wird.
Insbesondere zur Beschleunigung der Umformung, aber auch zur Erhöhung der Qualität bei komplexeren Umformungen ist es denkbar, dass mehrere, vorzugsweise unterschiedlich geformte Werkzeuge nacheinander, mit dem Rohr in wechselwirkende Verbindung gebracht werden. So kann etwa eine Vorformung mit einem schaft- förmigen, der herzustellenden Profilgeometrie nicht angenäherten Werkzeug erfolgen, wonach die endgültige Formgebung mit einem formangepassten Werkzeug zum Abschluss gebracht werden kann. Selbstverständlich sind vielfältige Zwischen- stufen und damit entsprechende Zwischenwerkzeuge einsetzbar, insbesondere abhängig von der herzustellenden Geometrie des umgeformten Rohres.
Eine Verbesserung der Genauigkeit der Umformung des Rohres lässt sich dann erreichen, wenn das Rohr zusätzlich zu dem mindestens einen Werkzeug gegen die Kräfte aufgrund der inkrementellen Umformung durch eine vorzugsweise radial angreifende Abstützeinrichtung radial abgestützt wird. Wird nur ein Werkzeug oder eine größere Anzahl unsymmetrisch zu dem Rohr angeordneter Werkzeuge bei der inkrementellen Rohrumformung verwendet, so wird durch die primär radiale Belastung jedes Werkzeuges relativ auf das Rohr insgesamt eine Biegebelastung auf das Rohr ausgeübt, durch die das Rohr möglicherweise unzulässig verformt wird. Um diese Belastung abzufangen kann eine zusätzlich Abstützung etwa auf dem Außenumfang des Rohres mit Hilfe einer Lünette oder einer ähnlichen Einrichtung erfolgen, die die radialen Kräfte aufnimmt und die Biegebelastung des Rohres dadurch vermindert.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Rohr endseitig, vorzugsweise an einem seiner Enden in einer Spannvorrichtung gehalten wird. Hierdurch kann z.B. durch eine wie bei einer Drehbank einseitige Einspannung des Rohres das freie Rohrende vollständig umgeformt werden, ohne dass beidseitig verlorene Endbereiche des Rohres abgetrennt werden müssen.
Hinsichtlich des Spannungszustandes des Rohres bei der Umformung ist es von Vorteil, wenn das Rohr während seiner Bewegung an der Werkzeugstation vorbei unter Zugvorspannung, vorzugsweise zwischen zwei jeweils endseitig angeordneten Spannvorrichtungen gehalten wird. Hierdurch wird eine Zugspannung in das Rohr bei der Umformung eingebracht, die sich mit den lokalen Umformspannungen überlagert und einerseits zu einer Stabilisierung des Rohres gegenüber einer möglichen Biegebelastung führt und zum anderen der lokalen Umformung dienlich ist.
Da die Ausführung der Relativbewegungen zwischen Werkzeug und Rohr ursächlich für die Genauigkeit der Umformung und damit für die Qualität des umgeformten Rohres ist, ist es vorteilhaft, wenn die Relativbewegungen von Rohr und mindestens einem Werkzeug mittels einer Steuerung koordiniert zueinander ausgeführt werden. Durch eine Koordination aller benötigten Bewegungen mit Hilfe von NC-Achsen und einer zentralen NC-Steuerung lässt sich eine hohe Genauigkeit erreichen, zudem kann die Bearbeitung rechnergestützt vorbereitet und ggf. simuliert werden.
In weiterer Ausgestaltung ist es auch denkbar, dass das Rohr während der lokalen inkrementellen Umformung im Bereich der Rohrwandung durch eine innere Abstüt- zung stabilisiert wird, die im Inneren des Proftiquerschnitts des Rohres angeordnet wird. Derartige Abstützungen sind etwa beim Profilwalzen von Rohren grundsätzlich bekannt und dienen zur genaueren Herstellung der profilgewalzten Rohre durch einen entsprechenden Gegenhalter im Bereich der Umformzone. Realisiert werden kann eine derartige innere Abstützung durch einen ebenfalls ein- oder mehrachsig positionierbaren Innendorn, der das Rohr von innen abstützt und so eine noch höhere Genauigkeit der Werkstücke ermöglicht. Dieser Innendorn kann, wie auch die von außen wirkenden Umformwerkzeuge, verschiedene Geometrien aufweisen, also auch möglicherweise abhängig von der jeweiligen Umformstufe gewechselt oder an- gepasst werden. Durch eine ein- oder mehrachsige Relativpositionierung eines derartigen Innendorns relativ zu der inneren Rohrwandung und dem außen an der Rohrwandung angreifenden Werkzeug kann die Umformzone des Werkzeuges immer genau durch den Innendorn abgestützt und damit eine optimale inkrementelle Umformung erzeugt werden. Auch kann das zwischen Werkzeugen und Innendorn umgeformte Rohr bei dieser Umformung zusätzlich kalibriert werden.
In einer anderen Ausgestaltung ist es aber auch denkbar, dass die Rohrwandung während der lokalen inkrementellen Umformung durch ein in das Innere des Rohres eingebrachtes, vorzugsweise schaumartiges oder wabenartiges Stützmaterial gestützt wird, das im Inneren des Rohrquerschnitts angeordnet wird. Hierbei erfolgt keine lokale Abstützung der Rohrwandung nur im Bereich der Umformzone, sondern die Abstützung erfolgt im wesentlichen vollflächig. Hierzu kann das Rohr vor dem Umformen mit Metallschäumen oder ähnlichen schäum- oder wabenartigen Stützstrukturen gefüllt werden. Die bei hochfesten dünnwandigen Bauteilen häufig problematische Belastungsgrenze der Dell- oder Beulsteifigkeit kann durch die dadurch erzielbare innere Stützwirkung deutlich erweitert werden. In weiterer Ausgestaltung ist es dabei auch denkbar, dass das Stützmaterial nach der Umformung im Inneren des umgeformten Rohres verbleibt und somit für den späteren Einsatz derartiger umgeformter Rohre ebenfalls eine entsprechende Abstütz- und Stabilisierungswir- kung zur Erhöhung der Steifigkeit entfaltet. Auch können etwa zentrale Nabenbauteile an ein derartiges Stützmaterial einfach angebunden werden. Ebenfalls ist es denkbar, dass das Stützmaterial derart ausgebildet wird, dass die lokale Verdichtung des Stützmaterials durch die Umformung des Rohrquerschnittes eine zusätzliche Verfestigung des Stützmaterials bewirkt. Hierdurch können diese Schaum- oder Wabenstrukturen lokal an der Oberfläche verdichtet werden, ähnlich wie beim konstruktiven Aufbau von tierischen oder menschlichen Knochen der Fall ist und dadurch wird eine weitere Stabilisierung des Rohres beim und nach dem Umformen erreicht.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist es denkbar, dass das mindestens eine Werkzeug zusätzlich zu den Relativbewegungen relativ zu dem Rohr oszillierende in mindestens einer Raumrichtung ausführt. Durch derartige kleinhubige Bewegungen kann die inkrementelle Umformung vereinfacht werden, da durch die kleinhubigen Bewegungen, die etwa durch schwingende Oszillatoren auf das Werkzeug aufgebracht werden, ein verbessertes Fließverhalten des Werkstoffes des Rohres und damit einer vereinfachte Umformung des Rohres erreicht werden kann.
In weiterer Ausgestaltung ist es auch denkbar, dass zwei mindestens mit zugeordneten Endbereichen ineinander gesteckte Rohre gemeinsam inkrementell umgeformt werden, so dass die beiden Rohre kraftschlüssig oder formschlüssig miteinander verbunden werden. Durch die geschickte Bearbeitung von zwei verschiedenen Rohren im Endenbereich ist zudem die Fertigung einer formschlüssigen Verbindung ähnlich eines Schnapp- oder Schraubverschlusses möglich. Dies ist beispielsweise bei der Montage von profilartigen Strukturen vorteilhaft und kann sogar Schweißprozesse überflüssig machen, da durch derartige Verbindungen auch die Übertragung von Drehmomenten möglich wird.
Durch die vielfältigen relativen Bewegungsmöglichkeiten zwischen Werkzeug und Rohr ist es möglich, dass der Rohrquerschnitt des umgeformten Rohres unsymmetrisch ausgebildet wird. Hierdurch wird eine weitere Verbreiterung der herstellbaren Geometrien erreichbar, z.B. können mit derartigen unsymmetrischen Formen Anschlüsse z.B. für Rohrverbindungen, Abzweige oder dgl. hergestellt werden.
Hinsichtlich der herstellbaren Geometrien ist es denkbar, dass die umgeformten Bereiche des Rohrquerschnittes Funktionsflächen, vorzugsweise Verzahnungen, Ver- bindungselemente, Leitflächen oder dgl. bilden. Durch die umformende Herstellung derartiger Geometrien können sonst übliche aufwendige Fräsprozesse aus Vollmaterial aufweisende Bearbeitungen durch die Rohrumformung ersetzt werden. Hierdurch kann zum einen technisch das Bauteilgewicht reduziert werden, zum anderen ist die Herstellung wesentlich kostengünstiger bei gleichbleibenden Bauteileigenschaften. Zur Realisierung leichter Verdichter, beispielsweise für Anwendungen im Bereich der mobilen Brennstoffzellentechnik, können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren aus nahtlosen, hochfesten Stahlrohren extrem leichte und hochfeste Verdichter hergestellt werden. Auch der in letzter Zeit wieder häufig anzutreffende Roots-Verdichter kann derartig hergestellt werden. Sogar Zahnräder und leichte Schneckenräder sind auf diese Weise herstellbar.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur inkrementellen Umformung von Profilrohren, insbesondere von Profilrohren mit über die Längsachse variierenden Querschnitten, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 , bei der die Vorrichtung eine Spannvorrichtung für das inkrementell umzuformende Rohr sowie mindestens eine Werkzeugstation mit mindestens einem Werkzeug aufweist, wobei die Spannvorrichtung und damit das eingespannte Rohr und die Werkzeugstation relativ zueinander verschiebbar und/oder verdrehbar angeordnet sind und ein einzelnes oder jedes Werkzeug in der Werkzeugstation mindestens eine Relativbewegung relativ zu der Werkzeugstation ausführen kann, bei der das eingespannte Rohr inkrementell umgeformt wird. Die Relatiwerschiebung zwischen umzuformendem Rohr sowie dem Werkzeug bzw. der Werkzeugstation kann beispielsweise durch eine Anordnung der Spannstation und der Werkzeugstation relativbeweglich zueinander auf einem gemeinsamen, vorzugsweise in Längsrichtung des Rohres ausgerichteten Maschinenbett erreicht werden, wobei Spannstation und Werkzeugstation einzeln oder beide zueinander verschiebbar und/oder verdrehbar angeordnet sind. Hierdurch kann die Grundbewegung zwischen Rohr und Werkzeug einfach erzeugt werden. Durch die zusätzlichen Relativbewegungen des oder der Werkzeuge relativ zum Rohr und deren Überlagerung mit der vorstehend erläuterten Grundbewegung können somit alle zur Erzeugung auch komplexer Umformgeometrien notwendigen Bewegung für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahren bereitgestellt werden. Hierbei ist es in weiterer Ausgestaltung auch möglich, dass die Spannvorrichtung das Rohr einseitig oder beidseitig endseits spannt. Bei einer einseitigen Spannung ähnlich wie bei einer Drehbank ist die herstellbare umgeformte Profillänge am größten, gleichzeitig aber auch die Biegebelastung am höchsten. Deswegen wird bei derartigen Umformungen darauf zu achten sein, dass der Werkzeugangriff möglichst symmetrisch erfolgt und die Belastung des Rohres aufgrund der Biegebelastungen der einzelnen Werkzeuge sich gegenseitig kompensieren. Dies kann vorteilhaft dadurch erreicht werden, dass in der Werkzeugstation mehr als ein Werkzeug gleichzeitig, vorzugsweise symmetrisch relativ zu dem Rohr angeordnet sind, die an dem Rohr angreifen und den Rohrquerschnitt gleichzeitig in mehreren, voneinander getrennten Umformzonen inkrementell umformen. Hierdurch kann neben der Reduzierung der Umformzeit durch die gleichzeitige Umformung in mehreren Umformzonen auch die Gesamtbelastung des Rohres reduziert werden.
Zur Umsetzung einer derartigen parallelen Umformung des Rohres in mehreren Umformzonen gleichzeitig ist es von Vorteil, wenn in der Werkzeugstation eine Anzahl von Werkzeugen radial und/oder axial zu dem Rohr relativbeweglich aufgenommen ist, die in weiterer Ausgestaltung mittels eigenständiger Antriebe die Relativbewegungen des Werkzeuges relativ zu dem Rohr ausführen. Hierdurch wird einerseits eine kompakte Bauweise erreicht, bei der die Werkzeugstation insgesamt relativ zu dem Rohr etwa auf einem Maschinenbett verschoben werden kann, währenddessen die einzelnen Werkzeuge die für die inkrementelle Umformung je nach Komplexität der Geometrie des umgeformten Rohres notwendigen zusätzlichen Bewegungen relativ zu der Werkzeugstation und damit zu dem Rohr ausführen. In weiterer Ausgestaltung ist es auch denkbar, dass mehrere Werkzeuge mit Hilfe einer Wechselstation in einen Eingriff mit dem Rohr bringbar sind, etwa indem mithilfe der Wechselstation verschiedene formangepasste Werkzeuge abhängig von Fortgang der Umformung des Rohres in die Werkzeugstation eingewechselt und in der beschriebenen Weise in Eingriff mit dem Rohr gebracht werden.
Zur weiteren Beschleunigung der Umformung ist es auch denkbar, dass in der Werkzeugstation eine Anzahl von Werkzeugen in Längsrichtung des Rohres zueinander gestaffelt relativ zu dem Rohrquerschnitt verstellbar angeordnet sind. Hierdurch arbeiten mehrere Werkzeuge nicht nur insbesondere symmetrisch zum Um- fang des umzuformenden Rohres gleichzeitig, sondern es können durch die gestaffelte Anordnung auch in Längsrichtung des Rohres verteilt mehrere gleichzeitige Bearbeitungszonen geschaffen werden. Dies lässt sich allerdings nur dann realisieren, wenn das Rohr in dem zu bearbeitenden Bereich über die ganze Länge an allen derartigen Bearbeitungsstation vorbei geführt werden kann und erfordert in der Regel einen entsprechend großen Überlauf des Rohres. In weiterer Ausgestaltung dieser Vorgehensweise ist es von Vorteil, wenn die in Kontakt mit dem Rohrquerschnitt tretenden Bearbeitungsabschnitte der in Längsrichtung des Rohres zueinander gestaffelt angeordneten Werkzeuge formlich und maßlich aufeinander abgestimmt sind und damit beim reversierenden Betrieb der Vorrichtung die gleichzeitig ablaufenden Bearbeitungen sich jeweils ergänzen bzw. aufeinander aufbauen.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein inkrementell umgeformtes Profilrohr, hergestellt insbesondere nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 und/oder unter Nutzung der Vorrichtung gemäß Anspruch 25, bei dem das Ausgangsprofil des Profilrohres als Standrad-Hohlprofil, vorzugsweise rund oder rechteckig, mit über seine Längserstreckung gleichbleibendem Querschnitt, insbesondere geschlossenem Hohlprofil ausgebildet ist. Derartige vorgefertigte Profilrohre können als Walzprofil oder auch als geschweißtes Profil kostengünstig vorgefertigt zur inkrementellen Umformung eingesetzt werden. Hierbei ist es aber auch denkbar, dass das Ausgangsprofil des Rohres zumindest teilweise vorgeformt angepasst an die auszuführende inkrementelle Umformung ausgebildet ist, indem z.B. größere Umformoperationen des fertigen Rohres schon in der Vorfertigung vorgesehen werden. Dies wird sich primär für Rohrquer- schnirte realisieren lassen, die über die ganze Länge gleichbleibende Formelemente aufweisen.
In weiterer Ausgestaltung ist es denkbar, dass der umgeformte Rohrquerschnitt schraubenförmig zur Längserstreckung angeordnete Formabschnitte oder polygonartige Querschnittsabschnitte oder gerundete Querschnittsabschnitte aufweist.
Von besonderem Vorteil ist es, dass der umgeformte Rohrquerschnitt in Längserstreckung angeordnete umgeformte und nicht umgeformte Abschnitte aufweisen kann, die mit herkömmlichen Profilierungsverfahren für Rohre nicht oder nicht wirtschaftlich hergestellt werden können. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt die Zeichnung.
Es zeigen:
Figur 1a, 1 b - eine erste Darstellung des prinzipiellen Ablaufs des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines profilierten Rundrohres mit einer eingeformten Nut mit Hilfe der inkrementellen Umformung, bei dem in Figur 1b die nacheinander ablaufenden Umformstufen der inkrementellen Umformung in eine Darstellung zusammengefasst wurden,
Figur 2a-2e - prinziphafte Darstellung einer typischen Bearbeitungssituation eines zu einem sternförmigen Rohrquerschnitt umgeformten Rohres,
Figur 3 - eine Art Stadienplan eines typischen Bearbeitungsablaufs eines zu einem sternförmigen Rohrquerschnitt umgeformten Rohres, bei dem die nacheinander ablaufenden Umformstufen der inkrementellen Umformung in eine Darstellung zusammen gefasst wurden,
Figur 4a-4c - schematische Darstellung einer Anzahl von verfahrensmäßig umgeformten Stufen des herzustellenden Profilquerschnittes gemäß Figur 3 gemeinsam mit den jeweils benutzten Werkzeugen in einer Draufsicht und einer räumlichen Ansicht,
Figur 5a-5i - schematische Darstellung einer Anzahl von verfahrensmäßig umgeformten Profilquerschnitten in einer Draufsicht und einer räumlichen Ansicht,
Figur 6a-6b - schematische Darstellung einer Anzahl von verfahrensmäßig umgeformten Profilquerschnitten in einer Draufsicht und einer räumlichen Ansicht,
Figur 6c - Darstellung eines verfahrensmäßig umgeformten Rohrprofil mit unterschiedlich umgeformten bzw. nicht umgeformten Abschnitten entlang der Längserstreckung des Rohres, Figur 7a-7c - Darstellung des grundsätzlichen Aufbaus einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer räumlichen Ansicht sowie zwei ebenen Ansichten mit einem beidseitig eingespannten umzuformenden Rohr,
Figur 8a-8c - Darstellung des grundsätzlichen Aufbaus einer Vorrichtung zur
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß Figur 7 in einer räumlichen Ansicht sowie zwei ebenen Ansichten mit einem einseitig eingespannten umzuformenden Rohr,
Figur 9a-9c - Darstellung des grundsätzlichen Aufbaus einer Vorrichtung zur
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß Figur 7 in einer räumlichen Ansicht sowie zwei ebenen Ansichten mit einem einseitig eingespannten umzuformenden Rohr und einer zusätzlichen Bewegungsmöglichkeit der Werkzeuge gegenüber der Ausgestaltung nach Figur 8,
Figur 10 - schematische Darstellung einer Anzahl von bei der verfahrensmäßigen Umformung benutzten Werkzeugformen in einer Draufsicht und einer räumlichen Ansicht.
In der Figur 1 ist eine erste Darstellung des prinzipiellen Ablaufs des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines profilierten Rundrohres mit einer eingeformten Nut mit Hilfe der inkrementellen Umformung zu erkennen, an der das Grundprinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens verdeutlicht wird. Als Ausgangsmaterial wird hier der Einfachheit halber ein rundes Rohr 2 benutzt, das in einer noch später beschriebenen Vorrichtung 12 um eine Verschiebeachse mit der Verschiebungsrichtung 4 längsverschieblich und um eine Drehachse mit der Drehrichtung 23 verdrehbar gehaltert ist. Dieses Rohr wird relativ zu einer nur angedeuteten Werkzeugstation 13 bewegt, in der ein Werkzeug 3 mit einem hier spitzzackigen Formabschnitt 6 gehaltert ist. Das Werkzeug 3 kann hierbei gegenüber der Werkzeugstation um Linearverschiebungen entlang der nur schematisch angedeuteten Verschieberichtungen 8 bewegt werden und sich damit auch während der Relativbewegung des Rohres 3 relativ zu der Werkzeugstation 13 bewegen. Ebenfalls ist es denkbar, dass das Werkzeug zusätzlich zu den Relativverschiebungen in die Verschieberichtungen 8 Relativdrehungen zu der Werkzeugstation 13 ausführt, die hier aber nicht dargestellt sind.
In der in der Figur 1a angedeuteten Umformsituation 1 wird eine Überlagerung der Verschiebebewegung des Rohres 2 entlang der Verschieberichtung 4 mit einer radialen Zustellung des Werkzeuges 3 überlagert, wodurch der zackenförmige Formabschnitt 6 des Werkzeuges sich in Richtung auf die Mittelachse des Rohres 2 zu bewegt und eine nutenartige Furche in die Profilwandung des Rohres 3 eindrückt. Während der Relativverschiebung des Rohres 2 in Verschieberichtung 4 wird das Werkzeug 3 entweder kontinuierlich zugestellt oder zwischen einzelnen Hüben der reversierend ausgebildeten Relatiwerschiebung des Rohres 2 in Verschieberichtung 4 immer wieder stückweise zugestellt, so dass der Formabschnitt 6 sich beim nächsten Durchgang tiefer in den Profilquerschnitt eindrückt. Hierdurch wird eine lokal wirkende, inkrementelle Verformung des Rohres 2 hin zu einem umgeformten Profilquerschnitt 11 bewirkt, der anhängig von dem Grad der Umformung des Rohres 2 eine Anzahl derartig reversierender Hübe erfordert.
Zur Abstützung des Rohres 2 gegenüber den vorwiegend radial auf das Rohr 2 wirkenden Umformkräften und einer sich daraus ergebenden Biegebelastung des Rohres 2 kann das Rohr 2 durch eine Anzahl von auf dem Außendurchmesser des Rohres 2 anliegenden Gegenhaltern 5 gestützt werden, die in Zustellrichtung 9 an das Rohr heran gefahren werden und die Umformkräfte teilweise aufnehmen. Es ist weiterhin denkbar, dass die Abstützung nicht durch auf dem Außendurchmesser des Rohres 2 anliegenden Gegenhaltern 5 gestützt wird, sondern dass ein dornartiger Gegenhalter in das Innere des Rohres 2 hinein gefahren wird und sich dort an der Innenwandung des Rohres 2 abstützt. Dieser dornartige Gegenhalter kann dabei auch derart gesteuert in das Innere des Rohres 2 eingefahren werden, dass er im wesentlichen immer im Bereich der Umformung durch das Werkzeug 3 auf der Innenwandung des Rohres 2 aufliegt und gleichzeitig als Gegenwerkzeug wirkt
In Figur 1 b wurden die nacheinander ablaufenden Umformstufen der inkrementellen Umformung in einer Darstellung zusammengefasst, so dass dort die beiden Zustellungsstufen des Werkzeuges 3 bzw. 3' sowie die sich daraus ergebende Umformungstiefe der nutförmigen Profilform 7 gleichzeitig zu erkennen sind. In der Figur 2 ist in einer prinziphaften Darstellung eine typische Bearbeitungssituation eines zu einem sternförmigen Rohrquerschnitt umgeformten Rohres 2 zu erkennen, das durch zwei Werkzeuge 3 mit gekrümmt gabelartig geformten Formabschnitten 6 in den sternförmigen Profilquerschnitt 1 umgeformt wird. Ausgegangen wird bei der Umformung wiederum der Einfachheit und der Symmetrie halber von einem kreisförmigen Rohrquerschnitt des Rohres 2, der in einem Spannschlitten 17 verschiebbar in Verschiebungsrichtung 8 zu den Werkzeugen 3 gehaltert ist. Jedes der Werkzeuge 3 kann relativ zu dem Rohr 2 wiederum in Verschiebungsrichtungen 8 verstellt werden, so dass die gabelartig ausgebildeten Formabschnitte 6 der Werkzeuge 3 punktgenau an die Profilwandungen des umzuformenden Rohres 2 angestellt werden können. Je nach dem eingestellten Kontaktpunkt oder der Kontaktfläche der gabelartig ausgebildeten Formabschnitte 6 mit der Rohrwandung wird sich das Rohr während der reversierenden Längsverstellung in Verschiebungsrichtung 4 inkrementell umformen und damit den Profilquerschnitt lokal ändern. Werden nun nacheinander derartige reversierende Längsverstellungen in Verschiebungsrichtung 4 mit jeweils geänderter Zustellung des Werkzeuges 3 relativ zu dem Rohr 2 durchgeführt, so wird das Rohr sukzessive in den sternförmigen Profilquerschnitt umgewandelt. Der grundsätzliche Vorgang der inkrementellen Blechumformung ist dabei bekannt und soll hier daher nicht näher erläutert werden. Durch das Vorsehen zweier gleichzeitig im Eingriff stehender Werkzeuge mit gekrümmt gabelartig geformten Formabschnitten 6 wird die Biegebelastung des Rohres reduziert, da das eine Werkzeug 3 quasi als Gegenhalter für das andere Werkzeug 3 dient. Es ist selbstverständlich denkbar, dass mehr als zwei Werkzeuge 3 gleichzeitig an dem Rohr angreifen, wobei eine symmetrische Anordnung der Werkzeuge bezogen auf den Profi Iquerschnitt des Rohres 3 von Vorteil sind. Auch können die Werkzeuge nicht nur relativverschieblich, sondern auch relativverdrehbar zu dem Rohr angeordnet werden.
In der Figur 3 ist eine Art Stadienplan eines typischen Bearbeitungsablaufs eines zu einem sternförmigen Rohrquerschnitt umgeformten Rohres 2 zu erkennen, bei dem die nacheinander ablaufenden Umformstufen der inkrementellen Umformung wie schon bei der Figur 1 b in eine Darstellung zusammen gefasst wurden. Hierbei wird aus einem Rundrohr 2 ein etwa dreieckig sternförmiger Rohrquerschnitt mit äußeren Abrundungen geformt, der durch tiefere Nuten die abgerundeten Außenpartien des Rohrquerschnittes trennt. !n einer ersten, am weitesten rechts dargestellten Umformstufe wird während der reversierenden Längsbewegung in Verschieberichtung 4 ein Werkzeug 3" mit einem vorstehenden Formabschnitt 6 eingesetzt, wobei der vorstehende Formabschnitt 6 die tieferen Nuten 7 des umgeformten Profilquerschnitts 11 vorformt. Da der inkrementellen Umformung bei der Wechselwirkung zwischen vorstehendem Formabschnitt 6 und Rohr 2 umformtechnisch aus den Materialeigenschaften des Rohrmaterials stammende Grenzen gesetzt sind, werden in der Regel eine Anzahl von reversierenden Längsbewegungen in Verschieberichtung 4 erforderlich sein, um die Nut 7 nacheinander auszuformen, wie dies mit dem radial weiter zugestellten Werkzeug 3' angedeutet ist. Die letztendlich gewünschte Geometrie des Profiiquerschnittes des umgeformten Rohres 1 wird dann über drei Werkzeuge 3 mit gabelartig ausgebildeten Formabschnitten 6 hergestellt, die das umgeformte Profil 11 während des letzten Umformdurchgangs linienförmig umschließend umgeben und den maßlich und formlich genauen Profilquerschnitt des umgeformten Rohres erzeugen.
In den Figuren 4a bis 4c sind schematische Darstellungen einer Anzahl von verfahrensmäßig umgeformten Stufen des herzustellenden Profilquerschnittes gemäß Figur 3 gemeinsam mit den jeweils benutzten Werkzeugen in einer Draufsicht und einer räumlichen Ansicht zu erkennen. Hierdurch lässt sich noch einmal besser die sukzessive Umformung des ursprünglich runden Profilquerschnittes des Rohres 2 hin zu dem umgeformten Profilquerschnitt 11 erkennen, der in der Figur 3 gemeinsam dargestellt ist.
In den Figuren 5a bis 6b sind schematische Darstellungen einer Anzahl von verfahrensmäßig umgeformten Profilquerschnitten in einer Draufsicht und einer räumlichen Ansicht zu erkennen, anhand derer das Potential des erfindungsgemäßen Verfahrens hinsichtlich der erzielbaren Umformgeometrie erkennbar wird. Durch Überlagerung der verschiedenen vorstehend beschriebenen Relativbewegungen wie Relativverschiebungen und Relativdrehungen bei der inkrementellen Unformung durch das oder die Werkzeuge können schraubenförmig gewendelte Profilquerschnitte wie in Figur 5a, polygonal umgrenzte Profilquerschnitte wie in den Figuren 5b bis 5i mit geraden und gerundeten, aber auch scharfkantig ausgebildeten Profilabschnitten her- gestellt werden, die mit anderen Fertigungsverfahren nicht oder nicht in einer Prozessstufe herstellbar wären.
In der Figur 6c ist eine Darstellung eines verfahrensmäßig umgeformten Rohrprofils mit unterschiedlich umgeformten bzw. nicht umgeformten Abschnitten entlang der Längserstreckung des Rohres zu erkennen. Hierdurch lassen sich anders als bei herkömmlichen Herstellungsverfahren für profilierte Rohre auch in Längsrichtung begrenzte Umformungen des Profilquerschnittes erreichen, die zu lokal geänderten Verformungseigenschaften etwa zur Herstellung von Deformationsstrukturen etwa bei Crashstrukturen von Karosserien oder dgl. Genutzt werden können. Hierzu wird entweder abschnittsweise das Rohr wie vorstehend beschrieben durch entsprechende Werkzeuge 3 profiliert und dann unter Belassen eines umgeformten Rohrabschnittes ein weiterer umgeformter Abschnitt hergestellt oder die Werkzeuge werden entlang der gesamten Länge des Rohres im Eingriff belassen, wobei das Rohr 2 nur in den ausgewählten Bereich tatsächlich umgeformt wird.
In den Figuren 7a bis 7c ist eine Darstellung des grundsätzlichen Aufbaus einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer räumlichen Ansicht sowie zwei ebenen Ansichten mit einem beidseitig eingespannten umzuformenden Rohr zu erkennen. Hierbei wird das Rohr zwischen zwei beidseitig auf einem Maschinenbett 14 mit oberseitigen Führungen 21 angeordneten Spannschlitten 17 aufgenommen, die auf dem Maschinenbett 14 mittels Antrieben 15 in Verstellrichtung 4 verstellbar angeordnet sind. Diese Anordnung erinnert grundsätzlich an den Aufbau von Drehmaschtnen für Wellen oder dgl. Die Spannschlitten 17 weisen selbst wiederum einen Drehantrieb 16 für eine hier nicht benötigte Drehbewegung um die Längsachse des Rohres 3 in Drehrichtung 23 auf.
Mittig zwischen den Spannschlitten 17 ist eine im Ganzen mit der Sachnummer 19 bezeichnete Werkzeugaufnahme auf dem Maschinenbett 14 und geführt durch die Führungen 21 angeordnet, in der die einzelnen Werkzeuge 3 aufgenommen und mittels nur prinziphaft angedeuteter Antriebe 18 in die Verstellrichtungen 8 verstellbar gehaltert sind. Diese Einheit aus Werkzeugaufnahme 19 und Werkzeugen 3 sowie deren Antrieben 18 soll im Ganzen als Werkzeugstation 13 bezeichnet werden. Die Werkzeugstation ist über einen Antrieb 15 relativverschiebltch zwischen den Spannschlitten 17 an den Führungen 21 gehaltert und kann dabei im wesentlichen über die ganze Länge des Rohres 2 relativ zu dem Rohr 2 verschoben werden.
Durch diese Relatiwerschiebung in Verschiebungsrichtung 4 entlang des Rohres sowie die nicht genauer zu erkennende, vorstehend aber ausführlich beschriebene Verstellung der Werkzeuge 3 in Verschieberichtung 8 radial auf das Rohr 2 zu wird das rechts erkennbare Rohr 2 aus seinem Ausgangszustand in einem umgeformten Zustand 11 sukzessive inkrementell umgeformt. Gesteuert werden die hierzu benötigten Bewegungen der einzelnen Antriebe 15, 18 durch eine nicht weiter dargestellte numerische Steuerung.
In den Figuren 8a bis 8c ist eine abgewandelte Ausgestaltung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß Figur 7 in einer räumlichen Ansicht sowie zwei ebenen Ansichten mit einem einseitig eingespannten umzuformenden Rohr zu erkennen, bei der das Rohr 2 nur einseitig in einem Spannschlitten gehaltert ist und daher frei bis zu seinem einen Ende bearbeitet werden kann. Ansonsten entsprechen der Aufbau und die Bewegungsmöglichkeiten der Ausgestaltung gemäß der Figur 7, so dass hierauf Bezug genommen werden kann.
In den Figuren 9a bis 9c ist eine abgewandelte Ausgestaltung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß Figur 8 in einer räumlichen Ansicht sowie zwei ebenen Ansichten mit einem einseitig eingespannten umzuformenden Rohr dargestellt, bei der eine zusätzliche Bewegungsmöglichkeit der Werkzeuge gegenüber der Ausgestaltung nach Figur 8 vorgesehen ist. Sind in der Figur 8 die Werkzeuge 3 im wesentlichen nur radial zu dem Rohr und damit in Verschieberichtung 8 verschieblich angeordnet, so ist in Figur 9 auch eine Verschiebung quer zur Längserstreckung des Rohres 2 vorgesehen. Diese Querverschiebung ermöglicht eine Herstellung von Profilquerschnitten mit Querformen 22, die lokal quer zur Längsachse des Rohres eingebracht werden können. Ansonsten entsprechen der Aufbau und die Bewegungsmöglichkeiten der Ausgestaltung gemäß den Figuren 7 bzw. 8, so dass hierauf Bezug genommen werden kann.
In der Figur 10 ist eine schematische Darstellung einer Anzahl von bei der verfahrensmäßigen Umformung benutzten Formen von Werkzeugen 3 mit Formabschnitten 6 jeweils in einer Draufsicht und einer räumlichen Ansicht zu erkennen. Diese Formen der Werkzeuge 3 bestehen im einfachsten Fall aus einem schaftförmigen und mit einem halbkugeligen Ende versehenen Werkzeugs gemäß Figur 10a, wie es auch bei der tnkrementellen Blechumformung genutzt wird. Derartige Werkzeuge 3 können aber auch angepasst an den herzustellenden Profilquerschnitt des umge- formten Rohres 11 Rundungen, spitze Vorsprünge oder sonstige Formelemente aufweisen, die mit dem umzuformenden Profilquerschnitt des Rohres 2 in Wechselwirkung treten und den Profilquerschnitt punktuell oder linienförmig in Bereich der Formabschnitte 6 inkrementell umformen. Die dargestellte Auswahl stellt nur einen geringen Teil der denkbaren Formgestaltungen derartiger Werkzeuge 3 dar und kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung vielfach variiert werden.
Sachnummernliste
Umformbe reich
Rohr im Ausgangszustand
Werkzeug
relative Längsverschiebung Rohr
äußerer Gegenhalter
Werkzeugformabschnitt
Profilform
relative Bewegungsrichtungen Werkzeug
Anstellrichtung äußerer Gegenhalter
Drehantrieb Rohr
umgeformter oder teilgeformter Abschnitt Rohr
Umformvorrichtung
Werkzeugstation
Maschinenbett
Antrieb
Antrieb Spannschlitten
Spannschlitten
Werkzeugantrieb
Werkzeugaufnahme
Drehübertrager
Führungen
Querformung
Drehrichtung Rohr

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Umformung von Profilrohren (2), insbesondere von Profilrohren (2) mit über die Längsachse variierenden Querschnitten, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rohr (2) mit einem Ausgangs-Profilquerschnitt mittels einer Vorschubeinrichtung (14, 15) mindestens einmal an einer Werkzeugstation (13) mit mindestens einem Werkzeug (3) vorbeigeführt wird, wobei das Werkzeug (3) und das Rohr (2) in mindestens einem Freiheitsgrad (4, 8, 23) zueinander verstellbar angeordnet sind und das Werkzeug (3) den Rohrquerschnitt bei der Relativbewegung zwischen Rohr (2) und Werkzeug (3) lokal inkrementell umformt.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Werkzeug (3) den Rohrquerschnitt in Längsrichtung (4) gleichförmig oder abschnittsweise ungleichförmig inkrementell umformt.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Werkzeug (3) in bis zu drei translatorischen und/oder mindestens einem rotatorischen Freiheitsgraden (4, 8, 23) relativ zu dem Rohr (3) bewegt wird.
4. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (2) reversierend mehrfach an der Werkzeugstation (13) vorbei bewegt und jeweils lokal inkrementell umgeformt wird.
5. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (2) während der Bewegung an der Werkzeugstation (13) vorbei zusätzlich rotatorisch (23), vorzugsweise rotatorisch um seine Längsachse (4) herum gedreht wird.
6. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (2) bei der Umformung eine axiale Verschiebung (4) und/oder eine Verdrehung (23) um seine Längsachse relativ zu der Werkzeugstation (13) ausführt.
7. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Werkzeug (3) einen kugeligen oder balligen Bearbeitungsabschnitt (6) aufweist, der mit dem Rohr (2) bei der inkrementellen Umformung wechselwirkt.
8. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Werkzeug (3) mindestens einen dem herzustellenden Profilquerschnitt des Rohres (2) zumindest abschnittsweise angepassten Bearbeitungsabschnitt (6) aufweist, der mit dem Rohr (2) bei der inkrementellen Umformung wechselwirkt.
9. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mehrere, vorzugsweise unterschiedlich geformte Werkzeuge (3) nacheinander, mit dem Rohr (3) in wechselwirkende Verbindung gebracht werden.
10. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (2) zusätzlich zu dem mindestens einen Werkzeug (3) gegen die Kräfte aufgrund der inkrementellen Umformung durch eine vorzugsweise radial angreifende Abstützeinrichtung (5) radial abgestützt wird.
1 1 . Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (2) endseitig, vorzugsweise an einem seiner Enden in einer Spannvorrichtung (17) gehalten wird.
12. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (2) während seiner Bewegung an der Werkzeugstation (13) vorbei unter Zugvorspannung, vorzugsweise zwischen zwei jeweils endseitig angeordneten Spannvorrichtungen (17) gehalten wird.
13. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Relativbewegungen von Rohr (2) und mindestens einem Werkzeug (3) mittels einer Steuerung koordiniert zueinander ausgeführt werden.
14. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (2) während der lokalen inkrementellen Umformung im Bereich der Rohrwandung durch eine innere Abstützung stabilisiert wird, die im Inneren des Profilquerschnitts des Rohres (2) angeordnet wird.
15. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrwandung während der lokalen inkrementelien Umformung durch einen Innendorn gestützt wird, der in dem Inneren des Rohrquerschnitts angeordnet wird.
16. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Innendorn zumindest im Bereich seiner Wirkzone mit dem mindestens einen Werkzeug (3) relativ zu dem mindestens einen Werkzeug (3) positioniert wird.
17. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrwandung während der lokalen inkrementelien Umformung durch ein in das Innere des Rohres (2) eingebrachtes, vorzugsweise schaumartiges oder wabenartiges Stützmaterial gestützt wird, das im Inneren des Rohrquerschnitts angeordnet wird.
18. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Stützmate- rial nach der Umformung im Inneren des umgeformten Rohres (2) verbleibt.
19. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Stützmaterial derart ausgebildet wird, dass die lokale Verdichtung des Stützmatertals durch die Umformung des Rohrquerschnittes eine zusätzliche Verfestigung des Stützmaterials bewirkt.
20. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Werkzeug (3) zusätzlich zu den Relativbewegungen relativ zu dem Rohr (2) oszillierende kleinhubige Bewegungen in mindestens einer Raumrichtung (8) ausführt.
21. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zwei mindestens mit zugeordneten Endbereichen ineinander gesteckte Rohre (2) inkremen- tell umgeformt werden, so dass die beiden Rohre (2) kraftschlüssig oder formschlüssig miteinander verbunden werden.
22. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die beiden ineinander gesteckten Rohre (2) gemeinsam derart umgeformt werden, dass sich im Bereich der Überlappung der Rohre (2) Schnappverbindungen oder Schraubverbindungen zwischen den Rohren (2) ausbilden.
23. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrquerschnitt des umgeformten Rohres (2) unsymmetrisch ausgebildet wird.
24. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die umgeformten Bereiche des Rohrquerschnittes Funktionsflächen, vorzugsweise Verzahnungen, Verbindungselemente, Lettflächen oder dgl. bilden.
25. Vorrichtung (12) zur Umformung von Profilrohren (2), insbesondere von Profilrohren (2) mit über die Längsachse variierenden Querschnitten, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (12) eine Spannvorrichtung (17) für das inkrementell umzuformende Rohr (2) sowie mindestens eine Werkzeugstation (13) mit mindestens einem Werkzeug (3) aufweist, wobei die Spannvorrichtung (17) und damit das eingespannte Rohr (2) und die Werkzeugstation (13) relativ zueinander verschiebbar (4) und/oder verdrehbar (23) angeordnet sind und ein einzelnes oder jedes Werkzeug (3) in der Werkzeugstation ( 3) mindestens eine Relativbewegung (8) relativ zu der Werkzeugstation (13) ausführen kann, bei der das eingespannte Rohr (2) inkrementell umgeformt wird.
26. Vorrichtung gemäß Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugstation (13) und/oder die Spannvorrichtung (17) des Rohres (2) relativbeweglich zueinander auf einem gemeinsamen, vorzugsweise in Längsrichtung (4) des Rohres (2) ausgerichteten aschinenbett (14) angeordnet sind.
27. Vorrichtung gemäß Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannvorrichtung (17) derart ausgebildet ist, dass die Spannvorrichtung (17) das Rohr (2) einseitig oder beidseitig endseits spannt.
28. Vorrichtung gemäß Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass in der Werkzeugstation (13) mehr als ein Werkzeug (3) gleichzeitig, vorzugsweise symmetrisch relativ zu dem Rohr (2) angeordnet sind, die an dem Rohr (2) angreifen und den Rohrquerschnitt gleichzeitig in mehreren, voneinander getrennten Umformzonen inkrementell umformen.
29. Vorrichtung gemäß Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass in der Werkzeugstation (13) eine Anzahl von Werkzeugen (3) radial und/oder axial zu dem Rohr (2) relativbeweglich aufgenommen ist
30. Vorrichtung gemäß Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass in der Werkzeugstation (13) Aufnahmen für jedes Werkzeug (3) vorgesehen sind, die mittels eigenständiger Antriebe (18) die Relativbewegungen des Werkzeuges (3) relativ zu dem Rohr (2) ausführen.
31. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 25 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Werkzeuge (3) mit Hilfe einer Wechselstation in einen Eingriff mit dem Rohr (2) bringbar sind.
32. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 25 bis 31 , dadurch gekennzeichnet, dass in der Werkzeugstation (13) eine Anzahl von Werkzeugen (3) in Längsrichtung (4) des Rohres (2) zueinander gestaffelt relativ zu dem Rohrquerschnitt verstellbar angeordnet sind.
33. Vorrichtung gemäß Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass die in Kontakt mit dem Rohrquerschnitt tretenden Bearbeitungsabschnitte (6) der in Längsrichtung (4) des Rohres (2) zueinander gestaffelt angeordneten Werkzeuge (3) formlich und maßlich aufeinander abgestimmt sind.
34. Inkrementell umgeformtes Profilrohr (11 ), hergestellt insbesondere nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 und/oder unter Nutzung der Vorrichtung gemäß Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangsprofil (2) des Profilrohres (1 ) als Standrad-Hohlprofil, vorzugsweise rund oder rechteckig, mit über seine Längserstreckung gleichbleibendem Querschnitt ausgebildet ist.
35. Profilrohr gemäß Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangsprofil des Rohres (2) vorgeformt angepasst an die auszuführende inkre- mentelle Umformung ausgebildet ist.
36. Profilrohr gemäß Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangsprofil des Rohres (2) als geschlossenes Hohlprofil ausgebildet ist.
37. Profilrohr gemäß Anspruch 34 oder 35, dadurch gekennzeichnet, dass der umgeformte Rohrquerschnitt (11 ) schraubenförmig zur Längserstreckung an- geordnete Formabschnitte aufweist.
38. Profilrohr gemäß Anspruch 34 oder 35, dadurch gekennzeichnet, dass der umgeformte Rohrquerschnitt (11 ) polygonartige Querschnittsabschnitte aufweist.
39. Profilrohr gemäß Anspruch 34 oder 35, dadurch gekennzeichnet, dass der umgeformte Rohrquerschnitt (11 ) gerundete Querschnittsabschnitte aufweist.
40. Profilrohr gemäß Anspruch 34 oder 35, dadurch gekennzeichnet, dass der umgeformte Rohrquerschnitt (11 ) in Längserstreckung angeordnete umgeformte und nicht umgeformte Abschnitte aufweist.
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