DE102021006400B3

DE102021006400B3 - Innenhochdruckumform-Werkzeugvorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines Hohlkörpers durch Innenhochdruckumformen

Info

Publication number: DE102021006400B3
Application number: DE102021006400.3A
Authority: DE
Inventors: Holger Wenzel
Original assignee: Salzgitter Hydroforming GmbH and Co KG
Current assignee: Salzgitter Hydroforming GmbH and Co KG
Priority date: 2021-12-29
Filing date: 2021-12-29
Publication date: 2023-05-11
Anticipated expiration: 2041-12-30
Also published as: AT525767A3; AT525767B1; AT525767A2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Innenhochdruckumform-Werkzeugvorrichtung (10) zur Herstellung eines Hohlkörpers aus einem in die Innenhochdruckumform-Werkzeugvorrichtung (10) eingelegten vorgebogenen rohrförmigen Rohling (12) durch Innenhochdruckumformen mindestens eines Teils (14, 16) eines Mittelabschnitts (18) dieses Rohlings (12), mit
- mindestens zwei Werkzeugteilen (34) zur gemeinsamen Bildung einer die Endform des Hohlkörpers bestimmenden Kavität (36),
- einem Hochdrucksystem (42) zur Druckbeaufschlagung des Inneren (44) des Rohlings (12) mit einem Druckmedium, wobei das Hochdrucksystem (42) mindestens einen Dichtstempel (48, 50) zum druckdichten Verschließen des Rohlings (12) an mindestens einem seiner Enden (30, 32) aufweist,
- einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung (64) zur Steuerung/Regelung des Innenhochdruckumform-Prozesses und
- einer oder mehreren Klemmeinrichtungen (56, 58), jeweils zum wahlweisen werkzeugseitigen Fixieren eines an einem jeweiligen Ende (30, 32) befindlichen Endabschnittes (22, 24) des Rohlings (12), wobei die Steuer- und/oder Regeleinrichtung (64) eingerichtet ist, den Endabschnitt oder die Endabschnitte (22, 24) durch die entsprechende Klemmeinrichtung (56, 58) vor oder bei dem druckdichten Verschließen per Dichtstempel (48, 50) werkzeugseitig zu fixieren und die Fixierung des Endabschnitts oder zumindest eines der Endabschnitte (22, 24) durch die entsprechende Klemmeinrichtung (56, 58) noch vor oder spätestens während der Druckbeaufschlagung zu lösen.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein entsprechendes Verfahren zur Herstellung eines Hohlkörpers aus einem vorgebogenen rohrförmigen Rohling (12) durch Innenhochdruckumformen mindestens eines Mittelabschnitts (18) dieses Rohlings (12) mittels einer Innenhochdruckumform-Werkzeugvorrichtung (10) sowie ein entsprechendes Computerprogrammprodukt.

Description

Die Erfindung geht aus von einer Innenhochdruckumform-Werkzeugvorrichtung zur Herstellung eines Hohlkörpers aus einem in die Innenhochdruckumform-Werkzeugvorrichtung eingelegten vorgebogenen rohrförmigen Rohling durch Innenhochdruckumformen mindestens eines Mittelabschnitts dieses Rohlings, mit (i) mindestens zwei Werkzeugteilen zur gemeinsamen Bildung einer die Endform des Hohlkörpers bestimmenden Kavität, (ii) einem Hochdrucksystem zur Druckbeaufschlagung des Inneren des Rohlings mit einem Druckmedium, wobei das Hochdrucksystem mindestens einen Dichtstempel zum druckdichten Verschließen des Rohlings an mindestens einem der Enden aufweist und (iii) einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung zur Steuerung/Regelung des Innenhochdruckumform-Prozesses.
Die Erfindung geht weiterhin aus von einem Verfahren zur Herstellung eines Hohlkörpers aus einem vorgebogenen rohrförmigen Rohling durch Innenhochdruckumformen mindestens eines Mittelabschnitts dieses Rohlings mittels einer Innenhochdruckumform-Werkzeugvorrichtung mit mindestens zwei Werkzeugteilen zur gemeinsamen Bildung einer die Endform des Hohlkörpers bestimmenden Kavität und einem Hochdrucksystem zur Druckbeaufschlagung des Inneren des Rohlings mit einem Druckmedium, wobei dieses Hochdrucksystem mindestens einen Dichtstempel zum druckdichten Verschließen des Rohlings an mindestens einem der Enden aufweist und wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

(a) Einlegen des Rohlings in die Innenhochdruckumform-Werkzeugvorrichtung,
(b) Befüllen des Rohlings mit dem Druckmedium,
(c) druckdichtes Verschließen des Rohlings mittels des mindestens einen Dichtstempels und
(d) Druckbeaufschlagen des Inneren des Rohlings per Hochdrucksystem.

Schließlich geht die Erfindung auch von einem entsprechenden Computerprogrammprodukt zur Durchführung des Verfahrens aus.
Bei einer solchen Herstellung eines Hohlkörpers aus einem vorgebogenen rohrförmigen Rohling kommt es auf der nach innen gebogenen, also konkaven, Seite der Biegung oftmals zu einer unerwünschten Faltenbildung bei dem Innenhochdruckumformen. Dies passiert insbesondere dann, wenn - beispielsweise durch axiales Nachführen von Material - eine Materialkompression am Innenbogen auftritt.
Dieses Phänomen wird auch in der Druckschrift EP 1 034 053 B1 beziehungsweise der hierzu parallelen Druckschrift DE 698 02 712 T2 im Zusammenhang mit einem Verfahren zur Herstellung eines Hohlkörpers aus einem vorgebogenen rohrförmigen Rohling durch Hydroverformung mindestens eines Mittelabschnitts dieses Rohlings mittels einer Hydroverformungs-Werkzeugvorrichtung beschrieben. Die Werkzeugvorrichtung umfasst dabei mindestens zwei Werkzeugteile zur gemeinsamen Bildung einer die Endform des Hohlkörpers bestimmenden Kavität und ein Hochdrucksystem zur Druckbeaufschlagung des Inneren des Rohlings mit einem Druckmedium, wobei dieses Hochdrucksystem Druckkolben zum druckdichten Verschließen des Rohlings an den Enden aufweist. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: (a) Einlegen des Rohlings in die Hydroverformungs-Werkzeugvorrichtung, (b) druckdichtes Verschließen des Rohlings mittels des Druckkolbens/der Druckkolben und (c) Druckbeaufschlagen des Inneren des Rohlings per Hochdrucksystem. In der Druckschrift wird vorgeschlagen, eine Kraft auf zumindest eines der Enden längs des Endabschnittes aufzubringen, wobei ein auf der konkaven Seite wirkender Teil dieser Kraft kleiner gewählt wird, als ein auf der gegenüberliegenden konvexen Seite wirkender Teil dieser Kraft. Auf diese Weise kann die Faltenbildung verhindert oder zumindest reduziert werden. Allerdings müssen die Teilkräfte dazu recht genau an die Wandstärke des Rohlings und die Änderung der Querschnittsfläche beim Innenhochdruckumformen angepasst sein. Eine solche Anpassung ist recht aufwendig.
Eine weitere Ursache für das Auftreten besagter Faltenbildung können jedoch schon die auftretenden Kräfte beim Verschließen des Rohlings mittels des Dichtstempels/der Dichtstempel sein. Auch bei dem Einstecken des Dichtstempels in das Ende des Rohlings beziehungsweise der Dichtstempel in die Enden des Rohlings bis hin zum Abdichten treten oftmals derart hohe Kräfte auf, dass an der konkaven Seite der Biegung Falten entstehen.
Des Weiteren ist aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 198 33 006 A1 ein Verfahren zur Herstellung rohrförmiger gebogener Hohlkörper durch Biegen und Innenhochdruckumformen sowie eine zugehörige Vorrichtung hierfür bekannt. Hiermit soll es möglich sein, ein Knicken des Hohlkörpers beim Biegen zu vermeiden und ein Ausformen von Endbereichen des Hohlkörpers zu erreichen. Am Anfang des Herstellungsverfahrens wird ein gerader rohrförmiger Hohlkörper zwischen ein unteres und ein oberes Werkzeugteil eines geöffneten Innenhochdruck-Umformwerkzeugs eingelegt. In üblicher Weise bestimmt eine Kavität des Innenhochdruck-Umformwerkzeugs die Endform des Hohlkörpers. Nach dem Einlegen werden jeweils nacheinander in die Enden des Hohlkörpers ein Stopfen und ein Stößel eingeführt. Über den Stößel wird das Ende des Hohlkörpers für das Innenhochdruckumformen abgedichtet und der Stopfen dient als Innendorn für ein Verformen der Enden des Hohlkörpers. Das Verformen der Enden des Hohlkörpers erfolgt über ein Zufahren eines Druckstempels je Ende in Richtung des unteren Werkzeugteils und des jeweiligen Stopfens, bis die Enden entsprechend vollständig ausgeformt sind. Anschließend beginnt das Biegen des Hohlkörpers durch ein Zusammenfahren der Werkzeugteile, wobei der Hohlkörper bereits unter Innenhochdruck steht und in dem Hohlkörper axiale Zugkräfte durch einen Stopfenzug entlang der Stopfen entstehen. Diese axialen Zugkräfte sollen ein Knicken des Hohlkörpers während des Biegens verhindern und ein Nachfließen des Werkstoffs des Hohlkörpers entlang des Stopfens ermöglichen. Hierfür bildet der Stopfen gemeinsam mit dem Stempel einen Ziehspalt für das umzuformende Material des Endbereiches des Hohlkörpers. Bevorzugt wird bei diesem Verfahren der Hohlkörper unter Einwirkung eines ersten Innendrucks gebogen und bei Beibehaltung seiner Lage unter Einwirkung eines über dem ersten Innendruck liegenden zweiten Innendruck umgeformt.
Ferner ist in der deutschen Patentschrift DE 698 11 093 T2 ein weiteres Verfahren zur Herstellung rohrförmiger gebogener Hohlkörper durch Biegen und Innenhochdruckumformen beschrieben, das mit dem zuvor beschrieben Verfahren aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 198 33 006 A1 im Wesentlichen vergleichbar ist.
Es ist Aufgabe der Erfindung eine Innenhochdruckumform-Werkzeugvorrichtung zur Herstellung eines Hohlkörpers durch Innenhochdruckumformen, ein Verfahren zur Herstellung eines Hohlkörpers durch Innenhochdruckumformen sowie ein entsprechendes Computerprogrammprodukt bereitzustellen, bei denen eine solche unerwünschte Faltenbildung im Bereich der Biegung des vorgebogenen rohrförmigen Rohlings im Zusammenhang mit dem Innenhochdruckumformen sicher verhindert oder zumindest reduziert wird.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
Bei der erfindungsgemäßen Innenhochdruckumform-Werkzeugvorrichtung zur Herstellung eines Hohlkörpers aus einem in die Innenhochdruckumform-Werkzeugvorrichtung eingelegten vorgebogenen rohrförmigen Rohling durch Innenhochdruckumformen mindestens eines Teils eines Mittelabschnitts dieses Rohlings, welche
(i) mindestens zwei Werkzeugteile zur gemeinsamen Bildung einer die Endform des Hohlkörpers bestimmenden Kavität,
(ii) ein Hochdrucksystem zur Druckbeaufschlagung des Inneren des Rohlings mit einem Druckmedium, wobei das Hochdrucksystem mindestens einen Dichtstempel zum druckdichten Verschließen des Rohlings an mindestens einem seiner Enden aufweist und
(iii) eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung zur Steuerung/Regelung des Innenhochdruckumform-Prozesses umfasst
ist vorgesehen, dass diese Werkzeugvorrichtung weiterhin
(iv) eine oder mehrere Klemmeinrichtungen, jeweils zum wahlweisen werkzeugseitigen Fixieren eines an einem jeweiligen Ende befindlichen Endabschnittes des Rohlings,
umfasst, wobei die Steuer- und/oder Regeleinrichtung eingerichtet ist, den Endabschnitt oder die Endabschnitte durch die entsprechende(n) Klemmeinrichtung(en) vor oder bei dem druckdichten Verschließen per Dichtstempel werkzeugseitig zu fixieren und die Fixierung des Endabschnitts oder zumindest eines der Endabschnitte durch die entsprechende Klemmeinrichtung noch vor oder spätestens während der Druckbeaufschlagung zu lösen. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass das Einstecken des einzelnen Dichtstempels in das entsprechende Ende des Rohlings und das dadurch bewerkstelligte druckdichte Verschließen des Rohlings zur Faltenbildung im Biegungsbereich des Rohlings führt.
Die Innenhochdruckumform-Werkzeugvorrichtung ist insbesondere zur Durchführung der folgenden Schritte eingerichtet:

Befüllen des zuvor in die Innenhochdruckumform-Werkzeugvorrichtung eingelegten Rohlings mit dem Druckmedium,
druckdichtes Verschließen des Rohlings mittels des mindestens einen Dichtstempels, temporäres Fixieren eines oder beider Endabschnitte beim druckdichten Verschließen mittels der Klemmeinrichtung/Klemmeinrichtungen und
Druckbeaufschlagen des Inneren des Rohlings per Hochdrucksystem, wobei die Fixierung des Endabschnitts oder zumindest eines der Endabschnitte durch die mindestens eine entsprechende Klemmeinrichtung einerseits nach dem druckdichten Verschließen per Dichtstempel, aber andererseits noch vor oder spätestens während der Druckbeaufschlagung gelöst wird.

Das wahlweise werkzeugseitige Fixieren des jeweiligen Endabschnittes des Rohlings mittels der entsprechenden Klemmeinrichtung basiert dabei auf Kraft- und/oder Formschluss zwischen zumindest einer Klemmbacke der Klemmeinrichtung und einer Mantelfläche des entsprechenden Endabschnitts des Rohlings. In dieser Mantelfläche wird durch das Zupacken der Klemmbacke insbesondere mindestens eine Vertiefung ausgebildet, in die die Klemmbacke zum Fixieren eingreift.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Innenhochdruckumform-Werkzeugvorrichtung mindestens einen Aktor zum aktiven Nachführen des mindestens einen Dichtstempels entlang der Längsachse des entsprechenden Endabschnitts in Richtung des Mittelabschnittes auf. Der Aktor bewegt dazu den entsprechenden Dichtstempel in besagter Richtung. Er wird in der Regel auch zum druckdichten Verschließen des Rohlings über den Dichtstempel genutzt, indem er den Dichtstempel in das entsprechende Ende des Rohlings bis zu einer abdichtenden Position einsteckt.
Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass die Steuer- und/oder Regeleinrichtung auch zur Steuerung/Regelung des aktiven Nachführens des entsprechenden Endabschnitts, insbesondere in Abhängigkeit des Innendrucks im Rohling/Hohlkörper, eingerichtet ist. Zu diesem Zweck weist die Innenhochdruckumform-Werkzeugvorrichtung insbesondere eine Druckmesseinrichtung zur Messung des Innendrucks des Rohlings beziehungsweise Hohlkörpers auf.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass das Hochdrucksystem derart ausgestaltet ist, dass das Druckmedium über den Dichtstempel oder einen der Dichtstempel in das Innere des Rohlings einleitbar ist.
Insbesondere ist die Klemmeinrichtung oder zumindest eine der Klemmeinrichtungen zur Verformung des Rohlings im entsprechenden Endabschnitt eingerichtet. Auf diese kann eine besonders feste Fixierung des Endabschnittes des Rohlings auf Basis eines Kraft- und/oder Formschlusses gewährleistet werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Kavität zwei längliche Bereiche zur Aufnahme der Endabschnitte des Rohlings auf, deren Längsachsen in einen Winkel α ≥ 25° angeordnet sind und/oder einen Versatz aufweisen, der mindestens der Größe des Durchmessers d_R des Rohlings entspricht. Bei einer derartigen Anordnung der Endabschnitte kann man in der Regel von einem (vor) gebogenen rohrförmigen Rohling sprechen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Kavität zur Aufnahme eines vorgebogenen rohrförmigen Rohlings mit mindestens einer Biegung eingerichtet, bei der das Verhältnis von Durchmesser d_R des Rohlings zum Biegeradius r_B kleiner oder gleich 3 ist, also d_R/r_B ≤ 3.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Hohlkörpers aus einem vorgebogenen rohrförmigen Rohling durch Innenhochdruckumformen mindestens eines Mittelabschnitts dieses Rohlings mittels einer Innenhochdruckumform-Werkzeugvorrichtung, welche mindestens zwei Werkzeugteile zur gemeinsamen Bildung einer die Endform des Hohlkörpers bestimmenden Kavität, ein Hochdrucksystem zur Druckbeaufschlagung des Inneren des Rohlings mit einem Druckmedium, wobei dieses Hochdrucksystem mindestens einen Dichtstempel zum druckdichten Verschließen des Rohlings an mindestens einem seiner Enden aufweist und eine oder mehrere Klemmeinrichtungen, jeweils zum wahlweisen werkzeugseitigen Fixieren eines an dem jeweiligen Ende befindlichen Endabschnittes des Rohlings umfasst, ist vorgesehen, dass das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

(a) Einlegen des Rohlings in die Innenhochdruckumform-Werkzeugvorrichtung,
(b) Befüllen des Rohlings mit dem Druckmedium,
(c) druckdichtes Verschließen des Rohlings mittels des mindestens einen Dichtstempels,
(d) zumindest temporäres Fixieren eines oder beider Endabschnitte mittels der Klemmeinrichtung/Klemmeinrichtungen und
(e) Druckbeaufschlagen des Inneren des Rohlings per Hochdrucksystem,

Mit Vorteil ist vorgesehen, dass beim Innenhochdruckumformen der zumindest eine Endabschnitt, insbesondere über den jeweiligen Dichtstempel, in Richtung des Mittelabschnitts aktiv nachgeführt wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Rohling beim Fixieren mittels der Klemmeinrichtung oder zumindest einer der Klemmeinrichtungen im entsprechenden Endabschnitt verformt.
Das wahlweise werkzeugseitige Fixieren des jeweiligen Endabschnittes des Rohlings mittels der entsprechenden Klemmeinrichtung basiert dabei bevorzugt auf Kraft- und/oder Formschluss zwischen zumindest einer Klemmbacke der Klemmeinrichtung und einer Mantelfläche des entsprechenden Endabschnitts des Rohlings. In dieser Mantelfläche wird durch das Zupacken der Klemmbacke insbesondere mindestens eine Vertiefung ausgebildet, in die die Klemmbacke zum Fixieren eingreift.
Bei dem erfindungsgemäßen Computerprogrammprodukt ist vorgesehen, dass dieses Befehle umfasst, die bei der Ausführung durch einen Prozessor einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung diesen Prozessor veranlassen, ein vorstehend genanntes Verfahren auszuführen.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:

1 eine schematische Gesamtdarstellung einer Innenhochdruckumform-Werkzeugvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung und
2 eine Darstellung eines Teils einer Innenhochdruckumform-Werkzeugvorrichtung gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung.

Die 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Innenhochdruckumform-Werkzeugvorrichtung 10 zur Herstellung eines Hohlkörpers aus einem vorgebogenen rohrförmigen Rohling 12 durch Innenhochdruckumformen mindestens eines Teils (im Beispiel zweier Teile) 14, 16 eines Mittelabschnitts 18 dieses Rohlings 12. Der Mittelabschnitt 18 des vorgebogenen rohrförmigen Rohlings 12 weist hier im gezeigten Beispiel eine Biegung 20 auf. Alternativ könnte der Mittelabschnitt 18 jedoch auch mehrere - zum Beispiel gegensinnig verlaufende - Biegungen 20 aufweisen. Auf jeder Seite des Mittelabschnitts 18 schließt sich ein gerader Endabschnitt 22, 24 des Rohlings 12 an, der sich entlang einer jeweiligen Längsachse 26, 28 bis zu einem jeweiligen Ende 30, 32 des Rohlings 12 erstreckt. Aufgrund der Biegung 20 im Mittelabschnitt 18 sind die beiden Längsachsen 26, 28 der Endabschnitte 22, 24 in einem Winkel α von etwa 30° zueinander geneigt angeordnet. Die 1 zeigt die Situation vor dem Innenhochdruckumformen. Dementsprechend ist hier auch (nur) der Rohling 12 gezeigt.
Die Innenhochdruckumform-Werkzeugvorrichtung 10 weist zwei Werkzeugteile 34 zur gemeinsamen Bildung einer die Endform des Hohlkörpers bestimmenden Kavität 36 auf, von denen hier in 1 nur ein Werkzeugteil 34 dargestellt ist. In der Kavität 36 befindet sich der Rohling 12, sodass nur Bereiche 38, 40 der Kavität 36 frei bleiben. In diese freien Bereiche 38, 40 der Kavität 36 werden die Teile 14, 16 des Mittelabschnitts 18 des Rohlings 12 beim Innenhochdruckumformen expandiert. Die Form des umgeformten Rohlings 12 nach dem Innenhochdruckumformen ist hier aufgrund der Gesamtform der Kavität 36 also schon erkennbar.
Weiterhin weist die Innenhochdruckumform-Werkzeugvorrichtung 10 ein Hochdrucksystem 42 zur Druckbeaufschlagung des Inneren 44 des Rohlings 12 mit einem Druckmedium auf. Dieses Druckmedium ist in der Regel eine Flüssigkeit, kann jedoch auch ein Gas wie zum Beispiel N₂ sein. Das Hochdrucksystem 42 weist seinerseits eine Druckmesseinrichtung 46 sowie zwei Dichtstempel 48, 50 zum druckdichten Verschließen des Rohlings 12 an den beiden Enden 30, 32 sowie zwei Aktoren 52, 54 zum aktiven Verfahren der Dichtstempel 48, 50 entlang der Längsachsen 26, 28 der entsprechenden Endabschnitte 22, 24, insbesondere zum aktiven Nachführen in Richtung des Mittelabschnittes 18, auf.
Ferner umfasst die Innenhochdruckumform-Werkzeugvorrichtung 10 zwei Klemmeinrichtungen 56, 58, jeweils zum wahlweisen werkzeugseitigen Fixieren eines der beiden Endabschnitte 22, 24 des Rohlings 12. Jede der Klemmeinrichtungen 56, 58 umfasst ihrerseits eine Klemmbacke 60 und einen Aktor 62 zum Verfahren der jeweiligen Klemmbacke 60 quer zur Längsachse 26, 28 des jeweiligen Endabschnitts 22, 24. Selbstverständlich können auch mehrere (zum Beispiel zwei) Klemmbacken 60 pro Klemmeinrichtung 56, 58 vorgesehen sein (wie im Beispiel der 2 gezeigt).
Schließlich weist die Innenhochdruckumform-Werkzeugvorrichtung 10 eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung 64 zur Steuerung/Regelung des Innenhochdruckumform-Prozesses auf. Diese Steuer- und/oder Regeleinrichtung 64 steuert insbesondere die Aktoren 52, 54, 62 an und regelt die Druckbeaufschlagung des Inneren 44 des Rohlings 12 mit dem Druckmedium per Hochdrucksystem 42 mit seiner Druckmesseinrichtung 46. Dabei ist die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 64 eingerichtet, die die Endabschnitte 22, 24 durch die Klemmeinrichtungen 56, 58 vor oder bei dem druckdichten Verschließen per Dichtstempel 48, 50 werkzeugseitig zu fixieren und die Fixierung der Endabschnitte 22, 24 durch die Klemmeinrichtungen 56, 58 noch vor oder spätestens während der Druckbeaufschlagung des Inneren 44 des Rohlings 12 zu lösen. Von einem Leitungssystem 66 des Hochdrucksystems 42 ist hier nur ein kleiner Teil gezeigt. Dieser Teil des Leitungssystems 66 dient der Zuführung des Druckmediums in das Innere des Rohlings 12 und führt als Kanal durch den Dichtstempel 48.
Es ergibt sich folgendes Vorgehen beim Herstellen eines Hohlkörpers aus einem vorgebogenen rohrförmigen Rohling 12 durch Innenhochdruckumformen mindestens eines Mittelabschnitts 18 dieses Rohlings 12 unter Zuhilfenahme der zuvor beschriebenen Innenhochdruckumform-Werkzeugvorrichtung 10:

Zunächst wird der vorgebogene rohrförmige Rohling 12 in die Innenhochdruckumform-Werkzeugvorrichtung 10 eingelegt, genauer gesagt wird der Rohling 12 in die eine Werkzeughälfte 34 eingelegt und die beiden Werkzeughälften 34 dann um den Rohling 12 herum geschlossen. Dann wird das Druckmedium in das Innere 44 des Rohlings 12 eingefüllt. Dies erfolgt mittels des Hochdrucksystems 42.

Anschließend wird der Rohling 12, genauer gesagt das Innere 44 des Rohlings 12, mittels der beiden Dichtstempel 48, 50 druckdicht verschlossen. Dazu wird jeder der beiden Dichtstempel 48, 50 mittels der jeweils zugeordneten Aktoren 52, 54 zum aktiven Verfahren der Dichtstempel 48, 50 entlang der Längsachsen 26, 28 der entsprechenden Endabschnitte 22, 24 in Richtung des Mittelabschnittes 18 des Rohlings 12 verfahren, bis jeder der Dichtstempel 48, 50 in je eines der Enden 30, 32 einfährt. Spätestens zu diesem Zeitpunkt werden die beiden Endabschnitte 22, 24 mittels der Klemmeinrichtungen 56, 58 temporär werkzeugseitig fixiert. Dazu werden die Dichtstempel 48, 50 mittels der Aktoren 52, 54 in Richtung der jeweiligen Längsachse 26, 28 verfahren, bis es zu einem Reib- und/oder Formschluss mit dem jeweiligen Endabschnitt 22, 24 des Rohlings 12 kommt. Dabei kann es zu einer Verformung, insbesondere plastischen Verformung, des Rohlings 12 durch den jeweiligen Dichtstempel 48, 50 kommen. Anschließend wird jeder der Dichtstempel 48, 50 weiter in das jeweilige Ende 30, 32 eingefahren, bis er schließlich über seine konische Mantelfläche den Rohling 12, genauer gesagt das Innere 44 des Rohlings 12, nach außen druckdicht abdichtet.
Nun wird die Fixierung der Endabschnitte 22, 24 durch die Klemmeinrichtungen 56, 58 wieder gelöst, indem die Aktoren 52, 54 die Dichtstempel 48, 50 quer zur jeweiligen Längsachse 26, 28 wieder nach außen verfahren.
Anschließend wird das Innere 44 des Rohlings 12 per Hochdrucksystem 42 unter Zuhilfenahme des Druckmediums mit Druck beaufschlagt. Das Druckmedium ist in der Regel eine Flüssigkeit. Der Druck ist in der Größenordnung von einem bis mehreren tausend Bar (meist 500 - 4000 bar). Beim Innenhochdruckumformen werden die Dichtstempel 48, 50 und mit den Dichtstempeln auch die Endabschnitte 22, 24 in Richtung des Mittelabschnitts 18 aktiv nachgeführt. Das aktive Nachführen der Endabschnitte 22, 24 erfolgt dabei in Abhängigkeit des Innendrucks im Rohling 12, wobei dieser Innendruck per Druckmesseinrichtung 46 ermittelt wird. Die Druckbeaufschlagung erfolgt über ein Leitungssystem 66 des Hochdrucksystems 42, von dem in 1 nur ein im/am Dichtstempel 48 verbauter Teil gezeigt ist. Durch die Druckbeaufschlagung wird der Rohling 12 an die Bereiche der Werkzeugteile 34 gepresst, die die Kavität 36 begrenzen und somit eine Art Form bilden.
Schließlich wird der Druck abgelassen, werden die Dichtstempel 48, 50 aus den Enden 30, 32 herausgefahren, die Werkzeugteile 34 wieder geöffnet und der umgeformte Rohling bzw. der Hohlkörper kann der Innenhochdruck-Werkzeugvorrichtung 10 entnommen werden.
Zumeist wird nur ein Teil des umgeformten Rohlings / Hohlkörpers zur Weiterverarbeitung zu einem Endprodukt genutzt, nämlich der Mittelabschnitt 18 oder ein Teilabschnitt des Mittelabschnitts 18, in dem sich die Teile 14, 16 des Mittelabschnitts 18 und gegebenenfalls auch die Biegung 20 befinden. Der Rest, also insbesondere die Endabschnitte 22, 24 wird in diesen Fällen vollständig abgetrennt und entfernt.
Die 2 zeigt einen Teil einer weiteren Innenhochdruckumform-Werkzeugvorrichtung 10 zur Herstellung eines Hohlkörpers aus einem vorgebogenen rohrförmigen Rohling 12 durch Innenhochdruckumformen mindestens eines Teils 14 des Mittelabschnitts 18 dieses Rohlings 12. Der hier gezeigte Teil ist praktisch eine Hälfte der Innenhochdruckumform-Werkzeugvorrichtung 10 und reicht von dem einen Dichtstempel, von dem hier jedoch nur eine (Dicht-)Ebene 68 dargestellt ist, bis zu dem zentralen Bereich der Kavität 36, der zur Aufnahme der Biegung 20 des Rohlings 12 dient. Auch hier ist der vorgebogene rohrförmige Rohling 12 in einem Werkzeugteil 34 eingelegt eingezeichnet.
In diesem konkreten Beispiel ist das Zusammenspiel von Klemmeinrichtung 56 und Mantelfläche des Rohlings 12 im Endabschnitt 22 deutlicher erkennbar. Die Klemmeinrichtung 56 weist hier zwei einander gegenüberliegend angeordnete Klemmbacken 60 auf. Gleiches gilt für die andere (nicht gezeigte) Klemmeinrichtung am anderen Endabschnitt 24 des Rohlings 12.
In der Mantelfläche des Rohlings 12 im Endabschnitt 22 sind zwei leichte Vertiefungen ausgebildet (von denen hier nur eine im Blickfeld ist), in die die Klemmbacken 60 zum Fixieren jeweils eingreifen können. Beim Fixieren des Rohlings 12 mittels der Klemmeinrichtung 56 entsteht somit ein Kraft- und Formschluss. Im Bereich der Verbindung zwischen der jeweiligen Klemmbacke 60 und der Mantelfläche des rohrförmigen Rohlings 12 bilden sich in der Wand des Rohlings 12 Spannungs- und/oder Verformungsbereiche 70 aus.
Beim Innenhochdruckumformen ergibt sich nun folgender zeitlicher Ablauf:

Phase I: 0 ... 40 s: vorgebogener rohrförmiger Rohling 12 befindet sich im geschlossenen Werkzeug (oberes Werkzeugteil ist ausgeblendet, unteres Werkzeugteil 34 ist sichtbar);
Phase II: 40...45 s: Klemmbacken 60 bewegen sich von oben und unten in den rohrförmigen Rohling 12 und stellen einen Formschluss her (über einen deformierten Bereich am Endabschnitt 22, 24 des Rohlings 12);
Phase III: 45...55 s: Dichtstempel 48, 50 (idealisiert als transparente Ebene 68 am Ende 30 eingezeichnet) fährt in das jeweilige Ende 30, 32 des Rohlings 12 und dichtet diesen ab. Dabei wird verhindert, dass Material unkontrolliert in den angrenzenden Bereich der Biegung 20 geschoben wird und dort ggf. zu irreversiblen Faltenbildung führt;
Phase IV: 55...60 s: Zurückziehen der Klemmbacken 60; und
Phase V: 60... 135 s: Eigentlicher Umformvorgang mit einer geregelten Kennlinie Innendruck-/Axialweg Dichtstempel 48, 50.

Bezugszeichenliste

10: I nnenhochdruckumform-Werkzeugvorrichtung
12: Rohling
14: Teil (Mittelabschnitt)
16: Teil (Mittelabschnitt)
18: Mittelabschnitt
20: Biegung
22: Endabschnitt
24: Endabschnitt
26: Längsachse
28: Längsachse
30: Ende
32: Ende
34: Werkzeugteil
36: Kavität
38: Bereich (Kavität)
40: Bereich (Kavität)
42: Hochdrucksystem
44: Inneres
46: Druckmesseinrichtung
48: Dichtstempel
50: Dichtstempel
52: Aktor
54: Aktor
56: Klemmeinrichtung
58: Klemmeinrichtung
60: Klemmbacke
62: Aktor
64: Steuer- und/oder Regeleinrichtung
66: Leitungssystem
68: Ebene (Dichtstempel)
70: Spannungs- und/oder Verformungsbereiche
α: Winkel

Claims

Innenhochdruckumform-Werkzeugvorrichtung (10) zur Herstellung eines Hohlkörpers aus einem in die Innenhochdruckumform-Werkzeugvorrichtung (10) eingelegten vorgebogenen rohrförmigen Rohling (12) durch Innenhochdruckumformen mindestens eines Teils (14, 16) eines Mittelabschnitts (18) dieses Rohlings (12), mit - mindestens zwei Werkzeugteilen (34) zur gemeinsamen Bildung einer die Endform des Hohlkörpers bestimmenden Kavität (36), - einem Hochdrucksystem (42) zur Druckbeaufschlagung des Inneren (44) des Rohlings (12) mit einem Druckmedium, wobei das Hochdrucksystem (42) mindestens einen Dichtstempel (48, 50) zum druckdichten Verschließen des Rohlings (12) an mindestens einem seiner Enden (30, 32) aufweist, - einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung (64) zur Steuerung/Regelung des Innenhochdruckumform-Prozesses und - einer oder mehreren Klemmeinrichtungen (56, 58), jeweils zum wahlweisen werkzeugseitigen Fixieren eines an einem jeweiligen Ende (30, 32) befindlichen Endabschnittes (22, 24) des Rohlings (12), wobei die Steuer- und/oder Regeleinrichtung (64) eingerichtet ist, den Endabschnitt oder die Endabschnitte (22, 24) durch die entsprechende Klemmeinrichtung (56, 58) vor oder bei dem druckdichten Verschließen per Dichtstempel (48, 50) werkzeugseitig zu fixieren und die Fixierung des Endabschnitts oder zumindest eines der Endabschnitte (22, 24) durch die entsprechende Klemmeinrichtung (56, 58) noch vor oder spätestens während der Druckbeaufschlagung zu lösen.
Innenhochdruckumform-Werkzeugvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mindestens einen Aktor (52, 54) zum aktiven Nachführen des mindestens einen Dichtstempels (48, 50) entlang der Längsachse (26, 28) des entsprechenden Endabschnitts (22, 24) in Richtung des Mittelabschnittes (18).
Innenhochdruckumform-Werkzeugvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und/oder Regeleinrichtung (64) auch zur Steuerung/Regelung des aktiven Nachführens des entsprechenden Endabschnitts (22, 24), insbesondere in Abhängigkeit des Innendrucks im Rohling/Hohlkörper, eingerichtet ist.
Innenhochdruckumform-Werkzeugvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmeinrichtung oder zumindest eine der Klemmeinrichtungen (56, 58) zur Verformung des Rohlings (12) im entsprechenden Endabschnitt (22, 24) eingerichtet ist.
Innenhochdruckumform-Werkzeugvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kavität (36) zwei längliche Bereiche zur Aufnahme der Endabschnitte (22, 24) des Rohlings (12) aufweist, deren Längsachsen (26, 28) in einen Winkel α ≥ 25° angeordnet sind und/oder einen Versatz aufweisen, der mindestens der Größe des Durchmessers d_R des Rohlings (12) entspricht.
Verfahren zur Herstellung eines Hohlkörpers aus einem vorgebogenen rohrförmigen Rohling (12) durch Innenhochdruckumformen mindestens eines Mittelabschnitts (18) dieses Rohlings (12) mittels einer Innenhochdruckumform-Werkzeugvorrichtung (10), mit mindestens zwei Werkzeugteile (34) zur gemeinsamen Bildung einer die Endform des Hohlkörpers bestimmenden Kavität (36), mit einem Hochdrucksystem (42) zur Druckbeaufschlagung des Inneren (44) des Rohlings (12) mit einem Druckmedium, wobei dieses Hochdrucksystem (42) mindestens einen Dichtstempel (48, 50) zum druckdichten Verschließen des Rohlings (12) an mindestens einem seiner Enden (30, 32) aufweist und mit einer oder mehreren Klemmeinrichtungen (56, 58), jeweils zum wahlweisen werkzeugseitigen Fixieren eines an dem jeweiligen Ende (30, 32) befindlichen Endabschnittes (22, 24) des Rohlings (12), wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: - Einlegen des Rohlings (12) in die Innenhochdruckumform-Werkzeugvorrichtung (10), - Befüllen des Rohlings (12) mit dem Druckmedium, - druckdichtes Verschließen des Rohlings (12) mittels des mindestens einen Dichtstempels (48, 50), - zumindest temporäres Fixieren eines oder beider Endabschnitte (22, 24) mittels der Klemmeinrichtung/Klemmeinrichtungen (56, 58) und - Druckbeaufschlagen des Inneren (44) des Rohlings (12) per Hochdrucksystem (42), wobei das temporäre werkzeugseitige Fixieren des einen oder mindestens eines der beiden Endabschnitte (22, 24) durch die entsprechende Klemmeinrichtung (56, 58) bei dem druckdichten Verschließen erfolgt und die Fixierung des Endabschnitts oder zumindest eines der Endabschnitte (56, 58) durch die mindestens eine entsprechende Klemmeinrichtung (56, 58) noch vor oder spätestens während der Druckbeaufschlagung gelöst wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass beim Innenhochdruckumformen der zumindest eine Endabschnitt (22, 24), insbesondere über den jeweiligen Dichtstempel (48, 50), in Richtung des Mittelabschnitts (18) aktiv nachgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling (12) beim Fixieren mittels der Klemmeinrichtung oder zumindest einer der Klemmeinrichtungen (56, 58) im entsprechenden Endabschnitt (22, 24) - insbesondere plastisch - verformt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das wahlweise werkzeugseitige Fixieren des jeweiligen Endabschnittes (22, 24) des Rohlings (12) auf Kraft- und/oder Formschluss zwischen zumindest einer Klemmbacke (60) der Klemmeinrichtung (56, 58) und einer Mantelfläche des entsprechenden Endabschnitts (22, 24) des Rohlings (12) basiert.
Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung durch einen Prozessor einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung (64) diesen veranlassen, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9 auszuführen.