[0001] Die Erfindung betrifft ein Innenhochdruckumformverfahren (IHV) zur Herstellung bauchiger,
insbesondere geschlossener Hohlkörper und eine zugehörige Vorrichtung nach dem Oberbegriff
des 1. und 5. Patentanspruchs und findet vorzugsweise zur Herstellung von Hohlkörpern
Anwendung, die eine große Querschnittsveränderung beim IHV erforderlich machen.
[0002] Nach WO 98/24569 ist es bekannt, zur Herstellung von rohrförmigen Hohlkörpern mit
einem Flansch entsprechend vorgeformte Ausgangsteile zu verwenden, deren angeformter
und verschweißter Flanschbereich zur Spannung im Umformwerkzeug dient. Werden dabei
zwei Ausgangsteile verwendet, können diese durch die Schweißverbindung im Flanschbereich
nicht wieder voneinander getrennt und weiterbearbeitet werden. Die herstellbare Teilevielfalt
ist auf rohrförmige Körper begrenzt.
[0003] Napfförmig vorgeformte Ausgangsteile werden beim IHU nach WO 97/29869 eingesetzt.
Die Teile werden Bereichsweise durch IHU entsprechend der Werkzeuggravur ausgebaucht.
[0004] Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Einrichtung zum Innenhochdruckumformen
zu entwickeln, die es ermöglicht, eine große Teilevielfalt, insbesondere von bauchigen
Werkstücken, herzustellen, wobei es möglich sein soll, gemeinsam durch IHV erzeugte
Werkstückteile nach dem IHV bedarfsweise getrennt oder gemeinsam weiter zu bearbeiten
und die getrennt weiterbearbeiteten Werkstückteile wieder zu einem Hohlkörper genau
zueinander lagefixiert fügen zu können.
[0005] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des ersten und fünften Patentanspruchs
gelöst.
[0006] Bei dem Innenhochdruckumformverfahren zur Herstellung bauchiger, vorzugsweise geschlossener
Hohlkörper finden mindestens zwei Werkstückteile Anwendung, von denen mindestens eines
napfförmig vorgeformt ist und einen Flansch zur Abdichtung aufweist. Erfindungsgemäß
werden die Werkstückteile im Bereich des Flansches druckmitteldicht im Umformwerkzeug
verpreßt, gemeinsam durch das Innenhochdruckumformverfahren verformt und sind nach
dem Innenhochdruckumformverfahren separat oder gemeinsam weiterbearbeitbar. Dabei
können auch mehr als zwei Werkstückteile übereinander im Umformwerkzeug eingelegt
und im Flanschbereich miteinander druckmitteldicht verspannt und umgeformt werden.
[0007] Während des druckmitteldichten Verpressens der Werkstückteile im Flanschbereich wird
eine Relativbewegung zueinander zugelassen, um das Nachfließen des Werkstoffes aus
dem Flanschbereich zu ermöglichen.
[0008] Gleichzeitig mit dem druckmitteldichten Verpressen der Werkstückteile kann im Bereich
des Flansches ein Prägen zum gegenseitigen Abdichten und/oder zur Lagefixierung und/oder
zur Beeinflussung des Werkstoffflusses erfolgen.
[0009] Die Vorrichtung zur Durchführung des IHV ist entsprechend der zu erzeugenden Werkstückform
und der Anzahl der Werkstückteile in unterschiedliche Werkzeugebenen unterteilt und
weist im geschlossenen Zustand eine geschlossene Gravur entsprechend der zu erzeugenden
Werkstückform auf. Es ist weiterhin ein Andocksystem zur Druckmittelzuführung für
die Erzeugung des Innenhochdrucks vorgesehen.
[0010] Bedarfsweise kann jede Werkzeugebene entsprechend der Werkstückform in unterschiedliche
Segmente unterteilt sein, die zur Entformung des Werkstückes vom Werkstück weg bewegbar
sind, um das Herstellen bauchiger hinterschnittener Werkstücke zu gewährleisten.
[0011] Weiterhin verfügt die Vorrichtung über Prägeelemente, die in den Bereichen der Flansche
der Werkstückteile z.B. Ausprägungen erzeugen, die zur gegenseitigen Lagefixierung
und/oder Abdichtung der Werkstückteile dienen.
[0012] Die Werkzeugebenen zum Einlegen des Werkstückes mit den Werkzeugebenen zum Entnehmen
des Werkstückes können übereinstimmen oder unterschiedlich sein.
[0013] Mit der Erfindung wird erstmalig eine Lösung geschaffen, mit welcher sehr bauchige
hinterschnittene Hohlkörper durch IHV hergestellt werden können und die es gewährleistet,
daß mehrere Werkstückteile gleichzeitig erzeugt werden können, die danach entweder
separat oder gemeinsam bearbeitbar sind. Bei getrennter Bearbeitung der Werkstückteile
und dem nachfolgenden Fügen zu einem Hohlkörper ist die Lagepositionierung vorteilhaft.
[0014] Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen
näher erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1:
- Innenhochdruckumformwerkzeug zum gleichzeitigen Innenhochdruckumformen eines ersten
und eines zweiten Werkstückteils in Ausgangsstellung
- Fig. 2:
- Innenhochdruckumformwerkzeug gem. Fig. 1 nach dem Innenhochdruckumformen
- Fig. 3:
- geöffnetes Innenhochdruckumformwerkzeug zur Entnahme der umgeformten Werkstücke
- Fig. 4:
- Schnitt A-A gem. Fig. 3
- Fig. 5:
- Einzelheit B gem. Fig. 2
- Fig. 6:
- Innenhochdruckumformwerkzeug zum gleichzeitigen Umformen von zwei Ausgangsteilen in
Form von Näpfen
[0015] Gemäß Fig. 1 wird als Werkstückteil 1 ein tiefgezogener Napf und als Werkstückteil
2 eine ebene Blechronde verwendet. Die Vorrichtung besteht aus drei in unterschiedlichen
Ebenen liegenden Werkzeugbereichen, der obere Bereich E1, der mittlere Bereich E2
und der untere Bereich E3. Die erste Teilungsebene T1 zwischen dem ersten Bereich
E1 und dem zweiten Bereich B2 liegt zwischen den einzuspannenden Flanschen 1.1 und
2.1 der Werkstückteile 1 und 2. In dem oberen Bereich E1 befindet sich eine Gravur
3, in dem mittleren Bereich E2 eine Gravur 4 und in dem unteren Bereich eine Gravur
5, die gemeinsam der herzustellenden Form des Werkstücks entsprechen. Die Gravur 3
bildet dabei die Form für die Blechronde (Werkstückteil 2) die Gravuren 4 und 5 die
ausgebauchte Form für den Napf (Ausgangsteil 1). Die zweite Teilungsebene T2 liegt
zwischen den Bereichen E2 und E3 in dem außenliegendsten Punkt der Gravuren 4 und
5.
[0016] In der Gravur 5 ist ein zusätzliches Formelement F angeordnet. Im Bereich E3 ist
eine Druckmittelzuführung 6 in der Art eines Andocksystems vorgesehen. In Fig. 1 wurden
beide Werkstückteile 1, 2 in die Vorrichtung eingelegt und die drei Bereiche E1, E2,
E3 sind geschlossen. Alle Bereiche E1, E2, E3 werden gegeneinander verspannt und die
Flansche 1.1 und 2.1 druckmitteldicht verpreßt. Die beiden Werkstückteile sind beim
Einlegen nicht miteinander z.B. durch Schweißen oder Bördeln verbunden, sondern werden
nur miteinander druckmitteldicht über die Schließkraft der Anlage druckmitteldicht
verpreßt.
[0017] Durch die Druckmittelzuführung 6 wird das Druckmedium D zugeführt und mit Hochdruck
beaufschlagt. Dadurch legen sich gem. Fig. 2 die Wandungen der beiden Werkstückteile
1 und 2 an die Gravuren 3, 4 und 5 und somit auch an das zusätzliche Formelement F
an.
[0018] Nach dem Innenhochdruckumformen wird die Vorrichtung geöffnet. Dazu fährt in den
Ausführungsbeispielen gem. Fig. 3 und 4 der obere Bereich E1 in Richtung zur Achse
A der Wertstückteile 1, 2 vertikal nach oben. Der mittlere Bereich E3 besteht aus
vier Segmenten S1, S2, S3, S4, die in diesem Fall horizontal (rechtwinklig zur Achse
A der Werkstückteile 1, 2 nach außen, d.h. von den Werkstückteilen 1, 2 weg, geöffnet
werden. Nun kann der innenhochdruckumgeformte Hohlkörper W, welcher aus den zwei Werkstückteilen
1 und 2 gebildet wird, aus der Vorrichtung entnommen werden. Die beiden Werkstückteile
1, 2 können nun separat oder gemeinsam weiter bearbeitet werden.
[0019] Um eine genaue Lagepositionierung und eine gute Abdichtung zwischen den beiden Werkstückteilen
1, 2 (Werkstückteilen W1, W2) zu erzielen, kann in den Flanschen 1.1 und 2.1 ein Formelement
F2 z.B. durch Prägen erzeugt werden. (S. Fig. 5). Dazu ist in den in Richtung zu den
Flanschen 1.1 und 2.1 weisenden Bereichen E1 und E2 eine Aussparung 7 und eine dazu
korrespondierende Prägeform 8 vorgesehen.
[0020] Nach dem Innenhochdruckumformen können beide Werkstückteile 1 und 2 voneinander getrennt
bearbeitet und anschließend wieder zu dem Hohlkörper W gefügt werden, wobei durch
die Einprägung eine genaue Lagebestimmung zwischen den beiden Werkstückteilen 1 und
2 gewährleistet wird. Der Flansch kann auch zur Abdichtung anderer Bauteile genutzt
werden, was im Normalfall bei IHV geformten Bauteilen aufgrund des fehlenden Flansches
nicht möglich ist.
[0021] Durch die Art der Teilung des Werkzeuges ist es erstmalig möglich, derartige bauchige
hinterschnittene Hohlkörper zu erzeugen. Mit oder ohne vorherige weitere Bearbeitung
können die beiden Werkstückteile 1, 2 z.B. durch Schweißen der Flansche 1.1, 2.1 zu
einem geschlossenen Hohlkörper (Werkstück W) gefügt werden, der in dieser Form bisher
nicht durch Innenhochdruckumformen herstellbar war.
[0022] Gemäß einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform können die beiden Ausgangsteile
auch durch Bördeln im Flanschbereich miteinander unlösbar verbunden werden.
[0023] Es besteht weiterhin die Möglichkeit, ein Werkstück mit mehreren ausgebauchten Bereichen
zu fertigen, die Anzahl der Bereiche und die Teilungsebenen sowie die Anzahl der Segmente
der Bereiche der Vorrichtung sind danach neu festzulegen.
[0024] Eine mögliche Ausführungsvariante nach dem Innenhochdruckumformen ist in Fig. 6 dargestellt.
Dabei finden zwei Werkstückteile 1 und 2 in Form von tiefgezogenen Näpfen (gestrichelte
in Ausgangsstellung Dargestellt) Anwendung. Diese liegen mit ihren Flanschen 1.1,
2.1 aneinander an und werden in diesem Bereich miteinander druckmitteldicht verpreßt.
Die Druckmittelzuführung erfolgt über ein Andocksystem 6, welches zwischen den beiden
Flanschen 1.1, 2.1 hindurchführt. Das Werkzeug ist in insgesamt 4 Bereiche unterteilt.
Der Bereich E1 befindet sich in der Darstellung gem. Fig. 6 in der obersten Position.
Daran schließt sich der Bereich E2 an, an welchem der Flansch 2.1 des zweiten Napfes
(zweites Werkstückteil 2) anliegt. Anschließend ist der Bereich E3 angeordnet, durch
welchen der Flansch 1.1 des ersten Werkstückteiles 1 (Napf) aufgenommen wird. Unter
dem dritten Bereich E3 ist der Bereich E4 angeordnet. Die Bereiche E1 und E2 weisen
insgesamt eine Gravur 3 und die beiden Bereiche E3 und E4 eine Gravur 4 auf, welche
die Endformen der Werkstückteile 1 und 2 bestimmen. Die Teilungsebene T1 zwischen
den Bereichen E1 und E2 liegt und die Teilungsebene T3 zwischen den Bereichen E3 und
E4 liegt jeweils in dem Bereich der Gravuren 3, 4 mit den größten Außenmaßen, um das
Entformen zu gewährleisten. Zwischen den Bereichen E2 und E3 liegt die Teilungsebene
T2, in welcher die Flansche 1.1 und 2.1 der Werkstückteile auch aufgenommen und verpreßt
werden. Die Teilungsebenen T1 bis T3 liegen senkrecht zur Achse A der Werkstückteile
1 und 2.
[0025] Die einzelnen Bereiche E1 bis E4 können zusätzlich in mehrere Segmente S unterteilt
sein. Die beiden Flansche 1.1 und 2.1 werden ebenfalls druckmitteldicht verpreßt und
die beiden Werkstückteile 1, 2 durch Druckbeaufschlagung mit dem Druckmedium D umgeformt.
[0026] Zum Entformen fährt nun der Bereich E1 in Pfeilrichtung parallel zur Achse A der
Werkstückteile senkrecht nach oben und die Segmente S der Bereiche E1 bis E4 bewegen
sich ebenfalls entsprechend der Pfeilrichtung rechtwinklig zur Achse A der Werkstückteile
(horizontal) vom Werkstück weg.
[0027] Nach dem vollständigen Öffnen der Vorrichtung kann der Hohlkörper W aus diesem entnommen
werden.
[0028] Neben den dargestellten Ausführungsbeispielen ist es auch möglich, daß die Segmente
S, S1 bis S4 entsprechend der Werkstückform nicht rechtwinklig zur Achse A der Werkstückteile
1, 2, sondern in einem anderen Winkel vom Werkstück weg verfahrbar sind.
1. Innenhochdruckumformverfahren zur Herstellung insbesondere bauchiger geschlossener
Hohlkörper, unter Anwendung mindestens zweier Werkstückteile (1, 2), von denen mindestens
eines napfförmig vorgeformt ist und einen Flansch aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstückteile (1, 2) im Bereich des Flansches (1.1, 1.2) druckmitteldicht
im Umformwerkzeug verpreßt werden, daß die beiden Werkstückteile (1, 2) gemeinsam
durch Innenhochdruckumformen verformt werden und nach dem Innenhochdruckumformen separat
oder gemeinsam weiterbearbeitbar sind.
2. Innenhochdruckumformverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehr als zwei Werkstückteile (1, 2) im Flanschbereich aneinander anliegend in
das Umformwerkzeug eingelegt und im Flanschbereich miteinander druckmitteldicht verpreßt
und umgeformt werden.
3. Innenhochdruckumformverfahren nach einem der Ansprüche von 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstückteile (1, 2) während des druckmitteldichten Verpressens im Flanschbereich
(1.1, 2.1) eine Relativbewegung der Werkstückteile (1, 2) zueinander zulassen.
4. Innenhochdruckumformverfahren nach einem der Ansprüche von 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß beim druckmitteldichten Verpressen der Werkstückteile (1, 2) im Bereich der
Flansche (1.1, 2.1) ein Ausprägen erfolgt, um den Werkstofffluß zu beeinflussen und/oder
das Abdichten zu unterstützen und/oder ein Lagefixieren zwischen den einzelnen Werkstückteilen
(1, 2) zu erreichen.
5. Vorrichtung zur Herstellung insbesondere bauchiger geschlossener Hohlkörper mit einer
Druckmittelzuführung (6), dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung entsprechend der zu erzeugenden Werkstückform und der Anzahl
der Werkstückteile (1, 2) in Werkzeugbereiche (E1, E2, E3, E4) unterteilt ist, die
in unterschiedlichen Ebenen liegen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bedarfsweise ein oder mehrere Werkzeugbereiche (E1, E2, E3, E4) entsprechend
der Werkstückform in unterschiedliche Segmente (S, S1, S2, S3, S4) unterteilt und
zur Entformung des Hohlkörpers (W) von diesem wegbewegbar sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie im Bereich der Flansche (1.1, 2.1) Prägeelemente aufweist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche von 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeugbereiche (E1, E2, E3, E4) zum Einlegen des Werkstückes mit den Werkzeugebenen
zum Entnehmen des Werkstückes übereinstimmen oder nicht übereinstimmen.