Verfahren und Vorrichtung zur Abdichtung der Enden von Hohlprofilen beim Innenhochdruckumformverfahren

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abdichtung der Enden von Hohlprofilen (W) beim Innenhochdruckumformverfahren (IHV), wobei das Hohlprofil (W) in ein Umformwerkzeug (1,2) eingelegt und in diesem durch die Zuführung eines Druckmittels umgeformt wird. Die Enden des Hohlprofils (W) werden dabei vor der Durchführung des Innenhochdruckumformverfahrens druckmitteldicht verpreßt. Das Umformwerkzeug (1,2) besteht dabei aus mindestens zwei eine Gravur (3) entsprechend der zu erzeugenden Kontur des Werkstücks bildenden Werkzeugteilen und weist eine Druckmittelzuführung (5) für das Druckmedium auf. Erfindungsgemäß ist jedem Endbereich des Ausgangsteiles ein quer zur Längsachse (A) des Ausgangsteiles bewegbares Abdichtelement (4.1,4.2) zugeordnet, welches vor dem Innenhochdruckumformen das Ende des Hohlprofils (W) druckmitteldicht verpreßt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abdichtung der Enden von Hohlprofilen beim Innenhochdruckumformverfahren nach dem Oberbegriff des 1. und 10. Patentanspruchs.

[0002] Es sind zahlreiche Einrichtungen zum Innenhochdruckumformen bekannt, bei welchen die Enden der rohrförmigen Teile mit Nachschiebezylindern (auch als Abdichtdorn bezeichnet) abgedichtet werden, die in das rohrförmige Teil eingreifen und auch das Druckmedium zuführen. Derartige Lösungen werden unter anderem beschrieben in DE 196 42 824 A1, EP 0 849 011 A1, EP 0 800 874 A1, EP 0 760 264 A1. Dabei besteht das grundlegende Problem darin, daß zwischen den Nachschiebezylindern und dem Rohr eine sehr hoher Form- und Maßgenauigkeit zu gewährleisten ist, um eine genügende Abdichtung zwischen diesen beim Innenhochdruckumformverfahren zu erzielen.

[0003] Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung zur Abdichtung der Enden von Hohlprofilen beim Innenhochdruckumformverfahren zu entwickeln, mit welcher die Verwendung derartiger Nachschiebestempel vermieden, und eine zuverlässige Abdichtung gewährleistet wird.

[0004] Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des 1. und 10. Patentanspruchs gelöst.

[0005] Dabei wird das Hohlprofil bekannter Weise in ein Innenhochdruckumformwerkzeug eingelegt und in diesem durch die Zuführung eines Druckmittels umgeformt. Erfindungsgemäß werden die Enden des Hohlprofils vor der Durchführung des Innenhochdruckumformverfahrens (IHV) druckmitteldicht verpreßt. Die Zuführung des Druckmediums erfolgt dabei entweder durch den verpreßten Bereich des Ausgangsteiles oder durch dessen Wandung. In ersten Fall wird vor dem verpressen des Endbereiches in den Endbereich eine Kanüle zur Druckmittelzuführung in das Ausgangsteil eingelegt.

[0006] Zur Gewährleistung und Optimierung des Werkstoffflusses kann ein Ende des Ausgangswerkstückes entlang der Längsachse des Ausgangswerkstückes bewegbar sein.

[0007] Es ist auch möglich, dazu die beiden verpreßten Enden während des Innenhochdruckumformens aufeinanderzu zu bewegen.

[0008] Die Vorrichtung zur Abdichtung der Enden von Hohlprofilen beim Innenhochdruckumformverfahren (IHV) besteht bekannter Weise aus einem das Ausgangswerkstück aufnehmendem Umformwerkzeug, welches im wesentlichen aus zwei eine Gravur entsprechend der zu erzeugenden Kontur des Werkstücks aufweisenden, und aufeinanderzubewegbaren Werkzeughälften gebildet wird und eine Druckmittelzuführung für das Druckmedium aufweisen. Erfindungsgemäß ist mindestens einem Endbereich des Ausgangsteiles ein quer zur Längsachse des Ausgangsteiles bewegbares Element zugeordnet, welches vor dem Innenhochdruckumformen das Ende des Hohlprofils druckmitteldicht verpreßt.

[0009] Das Element kann aus einem mit einer ersten Preßfläche versehenem Abdichtelement bestehen, das in Richtung zu einer im Umformwerkzeug angeordneten zweiten Preßfläche verschiebbar ist. Die beiden Abdichtelemente können beide auch aufeinander zubewegbar ausgebildet sein.

[0010] Die Druckmittelzuführung durch die Wandung des Ausgangsteiles in dessen Innenraum kann in der Art einer die Wandung nach dem Einlegen des Ausgangsteils in das Umformwerkzeug durchstoßenden Kanüle ausgebildet sein.

[0011] Es ist auch möglich, die Druckmittelzuführung durch eine vor dem Einlegen des Werkstücken in dessen Wandung erzeugten Bohrung in den Innenraum des Werkstücks zu führen.

[0012] Weiterhin kann die Druckmittelzuführung auch als ein an der Wandung des Werkstückes fest befestigtes Druckzuführungselement ausgebildet sein, wobei in dessen Bereich die Wandung mit einer Bohrung versehen ist.

[0013] Die Druckmittelzuführung kann auch zwischen den beiden Preßflächen hindurchführen. Weist die durch die Preßflächen ragende Druckmittelzuführung in Richtung des Innenraumes des Ausgangswerkstückes eine Erweiterung des Außenmaßes auf, kann nach dem Innenhochdruckumformverfahren und dem Öffnen der Abdichtelemente durch die Erweiterung des Außenmaßes das verpreßte Ende aufgeweitet werden und durch die damit erzeugte Öffnung das Druckmedium abfließen.

[0014] Vorteilhafter Weise ist in den Preßflächen der Abdichtelemente eine Aussparung zur Aufnahme der Druckmittelzuführung angeordnet. Die verpreßten Enden können nach dem Innenhochdruckumformverfahren vom Werkstück abgetrennt werden. Es ist möglich, daß durch den abzutrennenden verpreßten Endbereich führende Element zur Druckmittelzuführung in diesem zu belassen und in den nachfolgend umzuformenden Werkstück ein neues Element zur Druckmittelzuführung einzusetzen.

[0015] Zur Unterstützung des Werkstoffflusses kann ein das Ende des Ausgangswerkstückes verpressendes Element in Richtung der Längsachse des Werkstücks verschiebbar im Umformwerkzeug angeordnet sein. Alternativ können auch beide die Enden des Ausgangswerkstückes verpressenden Elemente zur Unterstützung des erforderlichen Werkstoffflusses im Umformwerkzeug verschiebbar angeordnet sein.

[0016] Die Abdichtelemente könne separat oder auch einstückig mit den Werkzeughälften ausgebildet sein, so daß bei einstückiger Ausbildung mit dem Schließen beider Werkzeughälften gleichzeitig die Enden des Ausgangsteils verpreßt werden.

[0017] Mit der Erfindung wird eine einfache, kostensparende und zuverlässige Lösung zur Abdichtung der Enden von Hohlprofilen beim Innenhochdruckumformverfahren geschaffen.

[0018] Die Verwendung teurer Nachschiebestempel wird vermieden und die mit diesen Nachschiebestempeln verbundenen Probleme der Abdichtung zur Innenwandung des Hohlprofiles ausgeschlossen.

[0019] Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.

[0020] Es zeigen:

Fig. 1:

Innenhochdruckumformwerkzeug in geöffnetem Zustand mit eingelegtem Ausgangsteil (Hohlprofil),

Fig. 2:

Innenhochdruckumformwerkzeug in geschlossenem Zustand mit verpreßten Enden und zwischen den Abdichtelementen eingelegter Druckzuführung vor dem Innenhochdruckumformen,

Fig. 3a:

Schnitt A-A gem. Fig. 2,

Fig. 3b:

Draufsicht auf das Ausgangsteil mit den verpreßten Enden gem. Fig. 2,

Fig. 4:

Innenhochdruckumformwerkzeug gem. Fig. 2 nach dem Innenhochdruckumformen,

Fig. 5:

Innenhochdruckumformwerkzeug mit Druckmittelzuführung über eine die Wandung durchstoßende Kanüle,

Fig. 6:

Innenhochdruckumformwerkzeug mit einstückiger Ausbildung der beiden Werkzeughälften und der Abdichtelemente,

Fig. 7a:

Doppelkammerprofil mit rechteckigem Querschnitt,

Fig. 7b:

Doppelkammerprofil mit einem verpreßten Ende,

Fig. 8:

Doppelkammerprofil im Innenhochdruckumfomwerkzeug nach dem Innenhochdruckumformen

[0021] Das Innenhochdruckumformwerkzeug besteht gem. Fig. 1, 2, 4 und 5 aus einer ersten Werkzeughälfte 1, und einer zweiten Werkzeughälfte 2, die im geschossenen Zustand (Fig., 2, 4, 5) eine geschlossene Gravur 3 entsprechend der zu erzeugenden Form des Werkstücks bilden.

[0022] In Fig. 1 ist das Innenhochdruckumformwerkzeug geöffnet und das Ausgangswerkstück W in Form eines Hohlprofils eingelegt. Beidseitig von den Werkzeughälften 1 und 2 sind die Abdichtelemente 4.1 und 4.2 paarweise angeordnet. Im Ausgangswerkstück W wurde eine Druckmittelzuführung 5 positioniert, die mit einem nicht dargestellten Hydraulikaggregat zur Druckerzeugung verbunden ist. Die Werkzeughälften 1 und 2 sind rechtwinklig zur Achse A des Ausgangswerkstückes schließbar. Die Abdichtelemente 4.1 und 4.2 sind ebenfalls rechtwinklig zur Achse A des Ausgangswerkstückes W aufeinanderzubewegbar. Vor, während oder nach dem Schließen der Werkzeughälften 1, 2 verpressen die Abdichtelemente 4.1 und 4.1 die Enden des Ausgangswerkstückes W druckmitteldicht. Das Werkzeug ist nun gem. Fig. 2 vollständig geschlossen, durch die beiden Abdichtelemente 4.1 reicht durch das Ende des Werkstücks W die Druckmittelzuführung 5 in den Innenraum des Werkstücks W. Die Druckmittekzuführung 5 weist an ihrem sich im Innenraum des Werkstücks befindlichen Ende eine Verbreiterung 5.1 auf. Durch die Druckmittelzuführung wird ebenfalls die Entlüftung realisiert.

[0023] Den Schnitt A-A gem. Fig. 2 zeigt Fig. 3a. Die Abdichtelemente 4.1 weisen jeweils einen dem Verlauf der Außenkontur des Querschnitts der Druckmittelzuführung 5 folgende Aussparung 4.1a auf, die hier rechteckig ausgebildet ist. Der Abstand zwischen Aussparung 4.1a und Druckmittelzuführung 5 ist der Blechdicke des Werkstückes W angepaßt und muß im geschlossenen Zustand des Werkzeuges das druckmitteldichte Verschließen zwischen der Außenfläche der Druckmittelzuführung 5 und dem verpreßten Ende des Werkstücks W gewährleisten.

[0024] In Fig. 3b wird das Werkstück W mit den verpreßten Enden in der Draufsicht gezeigt. Die Preßflächen P sind schraffiert dargestellt.

[0025] Das Innenhochdruckumformwerkzeug nach dem Innenhochdruckumformen zeigt Fig. 4. Die Wandung des Werkstücks W hat sich durch das über die Druckmittelzuführung 5 in den Innenraum des Werkstücks unter Hochdruck zugeführte Druckmedium D an die Gravur 3 angelegt.

[0026] Nach dem Öffnen der Werkzeughälften 1, 2 und der Abdichtelemente 4.1, 4.2 kann die Druckmittelzuführung 5 aus dem Werkstück W axial herausgezogen werden, wodurch mit dem verbreiterten Ende 5.1 der Druckmittelzuführung 5 das durch die Preßbacken 4.1 verpreßte Ende aufgeweitet wird und das Druckmedium D durch diese Öffnung ablaufen kann.

[0027] Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante kann die Zuführung des Druckmediums auch über eine Druckmittelzuführung in der Art einer Kanüle 7 erfolgen (Fig. 5). Die Kanüle 7 durchbricht dabei die Wandung des Werkstücks W und ist ebenfalls mit einem Hydraulikaggregat (nicht dargestellt) verbunden. Gleichzeitig führt durch die Kanüle 7 die Entlüftung.

[0028] In Fig. 6 ist ein Innenhochdruckumformwerkzeug dargestellt, bei welchem die Abdichtelemente 4.1, 4.2 mit den Werkzeughälften 1 und 2 einstückig ausgebildet sind. Beide Werkzeughälften 1, 2 sind senkrecht zur Achse des Werkstücks geteilt und bei Anfang des Umformverfahrens in definiertem Abstand L zueinander angeordnet. Bei beginnendem Innenhochdruckumformverfahren wird der Abstand L verringert, bis der Spalt geschlossen ist. Die Druckmittelzuführung und Entlüftung in Form der Kanüle 7 durchstößt die Wandung des Werkstücks W in dem deformierten Randbereich. In der unteren Werkzeughälfte ist ein Lochstempel 8 angeordnet, der einen Durchbruch im Werkstück zum Ablauf des Druckmediums erzeugt.

[0029] Mit dem erfindungsgemäßem Verfahren und der zugehörigen Vorrichtung ist es auch möglich, Werkstücke W in Form von Doppelkammerprofilen, ähnlich wie in Fig. 7a dargestellt, mit zwei Kammern W1, W2 mit rechteckigem Querschnitt und einer dazwischenliegenden Wandung W3, oder auch andere Formen von Doppelkammerprofilen, durch Innenhochdruckumformen partiell aufzuweiten, ohne komplizierte Nachschiebezylinder einsetzen zu müssen.

[0030] In Fig. 7b wird als Prinzipskizze das Werkstück W als Zweikammerprofil mit einem verpreßtem Ende gezeigt.

[0031] In jede Kammer W1, W2 hindurch führt eine Kanüle 7 als Druckmittelzuführung.

[0032] Das Zweikammerprofil in einem Innenhochdruckumformwerkzeug nach dem Innenhochdruckumformen wird in Fig. 8 dargestellt.

[0033] Die Abdichtelemente 4.1, 4.2 und die Werkzeughälften 1, 2 sind einstückig ausgebildet. Die Abdichtelemente 4.1, 4.2 verschließen die Enden des Dopelkammerprofils druckmitteldicht. Um ein Reißen der Wandung des Werkstücks W zu verhindern sind in Richtung zum Doppelkammerprofil vom Bereich der Preßfläche der Abdichtelemente 4.1, 4.2 bis zur oben bzw. untenliegenden Fläche der beiden Werkzeughälften 1, 2 die Übergänge mit einem Radius R versehen. In dieser Darstellung ist zusätzlich eine zum Werkstück weisende Schräge S zwischen den Radien R angeordnet.

[0034] In jede Kammer des Kammerprofiles ragt eine Kanüle 7 für die Druckmittelzuführung. Die Außenwände des Doppelkammerprofils wurden durch den Druck des Druckmediums D an die Gravur 3 der Werkzeughälften 1, 2 gepreßt.

[0035] Die zwischen den beiden Kammern W1, W2 querliegende Wand W3 hat im wesentlichen ihre Lage beibehalten. Nach dem Innenhochdruckumformen werden die Werkzeughälften 1, 2 und somit die Abdichtelemente n 4.1 und 4.1 geöffnet und die Kanülen 7 aus dem Doppelkammerprofil herausgezogen. Die deformierten Enden des Doppelkammerprofils können nun entfernt werden.

Ansprüche

1. Verfahren zur Abdichtung der Enden von Hohhlprofilen beim Innenhochdruckumformverfahren (IHV), wobei das Hohlprofil in ein Umformwerkzeug eingelegt und in diesem durch die Zuführung eines Druckmittels umgeformt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden des Hohlprofils vor der Durchführung des Innenhochdruckumformverfahrens druckmitteldicht verpreßt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung des Druckmittels durch den verpreßten Bereich des Ausgangsteiles erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Verpressen des Endbereiches in den Endbereich eine Kanüle zur Druckmittelzuführung in das Ausgangsteil eingelegt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Verpressen des Endbereiches eine Kanüle zur Druckmittelzuführung durch die Werkstückwandung in den Innenraum des Ausgangswerkstückes eingeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanüle zur Druckmittelzuführung durch die Werkstückwandung des verpreßten Bereiches ragt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche von 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein verpreßtes Ende des Ausgangswerkstückes entsprechend des Werkstoffflusses entlang der Längsachse des Ausgangswerkstückes bewegbar ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche von 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden verpreßten Enden während des Innenhochdruckumformens zueinander bewegbar sind.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche von 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die verpreßten Enden nach dem IHU vom Werkstück abgetrennt werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche von 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanüle zur Druckmittelzuführung im verpreßten Ende verbleibt.

10. Vorrichtung zur Abdichtung der Enden von Hohlprofilen beim Innenhochdruckumformverfahren (IHU) mit einem das Ausgangsteil aufnehmendem Umformwerkzeug, welches im Wesentlichen aus mindestens zwei eine Gravur entsprechend der zu erzeugenden Kontur des Werkstücks aufweisenden, Werkzeugteilen besteht und eine Druckmittelzuführung für das Druckmedium aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einem Endbereich des Ausgangsteiles ein quer zur Längsachse des Ausgangsteiles bewegbares Abdichtelement zugeordnet ist, welches vor den Innenhochdruckumformen das Ende des Hohlprofils druckmitteldicht verpreßt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Abdichtelement in Richtung zu einer im Umformwerkzeug angeordneten Preßfläche verschiebbar ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Abdichtelement mindestens zwei aufeinander zubewegbare Preßflächen aufweist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche von 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Druckmittelzuführung durch die Wandung des Ausgangsteiles in dessen Innenraum führt.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche von 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Wandung führende Druckmittelzuführung in der Art einer die Wandung nach dem Einlegen des Ausgangsteils in das Umformwerkzeug durchstoßenden Kanüle ausgebildet ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche von 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmittelzuführung durch eine vor dem Einlegen des Werkstückes in dessen Wandung erzeugten Bohrung in den Innenraum des Werkstücks geführt wird.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche von 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Druckmittelzuführung als ein an der Wandung des Werkstückes fest befestigtes Druckzuführungselement ausgebildet ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche von 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Druckmittelzuführung durch ein oder beide verpreßten Enden in den Innenraum des Hohlprofiles führt.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche von 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmittelzuführung im geschlossenen Zustand des Werkzeugs zwischen den beiden Preßflächen hindurchführt.

19. Vorrichtung nach Anspruch 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Preßflächen führende Druckmittelzuführung in Richtung des Innenraumes des Ausgangswerkstückes ein Erweiterung des Außenmaßes aufweist.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche von 10 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Innenhochdruckumformen und dem Öffnen der Abdichtelemente durch die Erweiterung des Außenmaßes das verpreßte Ende aufgeweitet wird.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche von 10 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Preßflächen der Abdichtelemente eine Aussparung zur Aufnahme der Druckmittelzuführung aufweisen.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche von 10 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein das Ende des Ausgangswerkstücks verpressendes Abdichtelement in Richtung der Längsachse des Werkstücks zur Unterstützung des Werkstoffflusses verschiebbar im Umformwerkzeug angeordnet ist.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche von 1ß bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß beide Abdichtelemente zur Unterstützung des erforderlichen Werkstoffflusses im Umformwerkzeug verschiebbar angeordnet sind.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche von 10 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtelemente einstückig mit den Werkzeughälften ausgebildet sind, so daß mit dem Schließen beider Werkzeughälften automatisch die Enden des Ausgangsteils verpreßt werden.

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche von 10 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß eine Entlüftung vorgesehen ist, die separat ausgebildet oder mit der Druckmittelzuführung kombiniert sein kann.

Zeichnung