DE19716816A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Trennen eines nach dem Innenhochdruck-Umformverfahren hergestellten Hohlkörpers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trennen eines nach dem Innenhochdruck-Umformverfahren hergestellten Hohlkörpers.

Das Innenhochdruck-Umformverfahren beruht darauf, einen Rohling, z. B. ein Rohr, in ein Werkzeug einzulegen, den Rohling beidseitig abzudichten und derart mit Druck zu beaufschlagen, daß sich der Rohling an die vom ihm beabstandeten Bereiche des Werkzeugs anschmiegt und so dessen Formkonturen annimmt. Auf diese Weise lassen sich Hohlkörper herstellen, die einerseits eine komplizierte Form aufweisen können, andererseits aber bei hoher Festigkeit eine geringe Wandstärke und damit ein geringes Gewicht besitzen. Aus Gründen der Ökonomie, aber auch der Genauigkeit werden in einem Umformwerkzeug oft eine Vielzahl gleicher Bauteile oder unterschiedliche Abschnitte eines später zu fügenden Gesamtbauteils gefertigt. Eine Vorrichtung zum gleichzeitigen Herstellen mehrerer Teil­ hohlkörper besteht gem. DE 43 22 061 C1 aus einer Umform­ presse mit mehreren Werkzeuganordnungen, denen jeweils ein von einer gemeinsamen Hochdruckquelle gespeister Druckzu­ führungsstößel zugeordnet ist. Dieser Vorrichtung kann man nach dem Umformen mehrere verschiedene Teilhohlkörper entnehmen, um diese anschließend zu einem Gesamthohlkörper zusammenzufügen. Die Vielzahl der Werkzeuganordnungen macht die Vorrichtung störungsanfällig und teuer. Dagegen sieht ein Verfahren zum Herstellen eines aus zwei Gehäuseteilen bestehenden rohrförmigen Gehäuses, insbesondere eines Ventilgehäuses (DE 195 12 657 A1), nur ein einziges Innenhochdruck-Umformwerkzeug vor. Die beiden Gehäuseteile werden darin zusammenhängend gefertigt, nach der Entnahme getrennt und schließlich mit korrespondierenden Gewinden versehen. Nach einem Herstellungsverfahren gemäß DE 41 03 083 C1 werden in einem Innenhochdruck-Umformwerkzeug zwei gleiche Metallrohrabzweige gefertigt und nach der Entnahme voneinander und von Rohrendabschnitten getrennt. Beiden Herstellungsverfahren ist gemeinsam, die Zwischenprodukte nach dem Innenhochdruck-Umformen handhaben und in einer weiteren Vorrichtung zu Endprodukten trennen zu müssen. Das Handhaben erfordert Zeit, verschiedene Vorrichtungen beeinträchtigen die Genauigkeit, beides verkörpert einen hohen Aufwand.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trennen eines nach dem Innenhochdruck-Um­ formverfahren hergestellten Hohlkörpers zu schaffen, die den Handhabungs- und Vorrichtungsaufwand verringert.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Patentanspruchs und die weiteren Merkmale in den Unteransprüchen gelöst. Dabei verbleibt der Hohlkörper nach dem Innenhochdruck-Umformen im Umformwerk­ zeug und wird durch mindestens eine in einer Trennebene umlaufende und zum Trennen aktivierbare Schneidkante getrennt. Dadurch entfallen sowohl zusätzliche Handhabungs­ vorgänge als auch zusätzliche Trennvorrichtungen außerhalb des Werkzeuges. Die Schneidkante ist während des Innen­ hochdruckumformens unwirksam und muß zum Trennen aktiviert werden. Dazu besteht die Möglichkeit, die am Umformwerkzeug ausgebildete Schneidkante oder deren Umgebung mit einem Hilfsmaterial zu umgeben, das dem Umformdruck standhält, einem höheren Druck aber ausweicht, so daß der Hohlkörper unter dem Einfluß des Innenhochdrucks an der freiliegenden Schneidkante getrennt wird.

Durchdringt die Trennebene einen zylindrischen Hohlkörper­ abschnitt, übernimmt diese Hilfsmaterialfunktion ein neben der Schneidkante umlaufender und mit Hochdruck beaufschlag­ barer nachgiebig ausgebildeter Ring, der auch als Einwegring ausgebildet sein kann, z. B. als geteilt er oder voller Elastomerring. Eine hinsichtlich der Vorrichtung aufwendigere Möglichkeit besteht darin, den Ring aus starren Segmenten zu bilden, die beispielsweise federnd angeordnet sind. Außerdem kann ein in der Trennebene schwingfähiger Ring vorgesehen werden, der die Schneidkante im Rhythmus der Schwingungen unter Innenhochdruck abschnittsweise freigibt. Es ist weiterhin möglich, den Ring selbst mit einer Schneidkante zu versehen und in der Trennebene separat oder in bezug auf eine feststehende Schneidkante zu bewegen, z. B. in zwei zueinander senkrecht liegenden Achsen oder mittels einer exzentrischen Rotationsbewegung. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, anstelle eines Ringes eine Trennscheibe einzusetzen, die nach dem Innenhochdruckumformen eine Relativbewegung im Verhältnis zum Werkzeug in einer zur Achse des Werkstückes senkrecht liegenden Ebene vollführt. Als weitere Variante kann auch eine Hälfte des Werkzeuges diese Relativbewegung ausführen und dadurch die Schneidkante in der Trennebene aktivieren. Vorzugsweise sollte der Trennvorgang jedoch auch in diesem Fall unter Innenhochdruck erfolgen, zum einen, damit sich der von einer bewegten Schneidkante belastete Hohlkörperbereich am Innenhochdruck abstützten kann, und zum anderen, damit sich der an einer freiliegenden festen Schneidkante anliegende Hohlkörper­ bereich unter dem Einfluß des Innenhochdruckes an dieser Schneidkante auftrennen kann. Neben zylindrischen Hohlkörpern sind auch andere Hohlprofile und unregelmäßig geformte Hohlkörper erfaßt. Weiterhin besteht auch die Möglichkeit, blechförmige Teile durch entsprechende Relativbewegungen der Werkzeugelemente unter Beibehaltung der Lage im Innenhochdruck-Werkzeug zu trennen. Insbesondere ist es möglich, den Ziehrand von Blechteilen abzutrennen. Hierzu wird beispielsweise statt eines in einer Ringnut aufgenommenen nachgiebigen Ringes ein nachgiebiges Band verwendet, das in einer Nut aufgenommen ist, die sich entlang einer Trennspur erstreckt, wobei diese in Abhängigkeit von der gewünschten Randkontur des Werkstücks einen beliebigen Verlauf nehmen kann wie z. B. den einer Geraden, eines Kreisbogens oder einer Wellen­ linie. Selbstverständlich ist das Trennen entlang einer den Hohlkörper umgebenden Trennspur auch durch die anderen erfindungsgemäßen Relativbewegungen möglich.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungs­ beispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1a Werkzeug mit einem verdrängbaren Elastomerring

Fig. 1b einen Ausschnitt aus Fig. 1a nach dem Umformen

Fig. 1c den entsprechenden Ausschnitt nach dem Trennen

Fig. 1d einen Querschnitt durch einen verdrängbaren segmentierten Ring

Fig. 2a Werkzeug mit Trennscheiben vor dem Trennen

Fig. 2b Werkzeug mit Trennscheiben nach dem Trennen

Fig. 3a Geteiltes Werkzeug mit Relativbewegung einer Werkzeughälfte, vor dem Trennen

Fig. 3b Geteiltes Werkzeug mit Relativbewegung einer Werkzeughälfte, nach dem Trennen

Fig. 4a Werkzeug, ähnlich wie in Fig. 3, jedoch zum Abtrennen eines Rohrendes, vor dem Trennen

Fig. 4b Werkzeug, ähnlich wie in Fig. 3, jedoch zum Abtrennen eines Rohrendes, nach dem Trennen

Fig. 5 Trennen des umlaufenden Blechrandes nach dem Innenhochdruckumformen.

Die in Fig. 1a gezeigte Vorrichtung zum Trennen eines nach dem Innenhochdruck-Umformverfahren hergestellten Hohlkör­ pers geht von einem Umformwerkzeug 1 aus, welches bekannter Weise aus einem Werkzeugoberteil 2 und einem Werkzeug­ unterteil 3 besteht. Im Umformwerkzeug 1 sind Stößel 6 geführt, die an den Stirnseiten des Rohres 4 anliegen und dieses längs der Rohrachse A in das Werkzeuginnere schieben können. Sie sind gegenüber dem Umformwerkzeug 2 mit Dichtungsringen 8 abgedichtet. Ihre axial verlaufenden Druckmittelkanäle 10 führen über eine Steuereinrichtung 12 an eine Hochdruckquelle 14. Das Umformwerkzeug 1 weist in seiner Längsausdehnung drei Umformbereiche U1, U2, U3 auf, in denen sein Innendurchmesser größer als der Rohr­ durchmesser ist. Dementsprechend besteht das Werkzeugober­ teil 2 aus den Bereichen 2a, 2b, 2c und das Werkzeugunterteil aus den dazu fluchtenden Bereichen 3a, 3b, 3c. Zwischen diesen Bereichen befinden sich Ringnuten 16. In jeder Ringnut 16 wird ein Elastomerring 18 aufgenommen. Diese liegen mit ihren Innenmänteln am Rohr 4 an, während ihre Außenmäntel an die Ringnuten 16 in Form von Druckräumen führen, die über die Steuereinrichtung 12 mit der Hochdruckquelle 14 verbunden sind. Die umlaufenden Kanten 22 der Ringnuten 16 sind als Schneidkanten ausgebildet. Sie bilden insgesamt vier Trennebenen T.

Die Wirkungsweise ist folgende:
Zunächst wird das rohrförmige Werkstück (Hohlkörper 4) auf bekannte Weise durch Innenhochdruckumformen umgeformt, wobei die Steuereinrichtung 12 das Innere des Hohlkörpers 4 mit Hochdruck beaufschlagt, so daß sich der Hohlkörper 4 in den drei Werkzeugbereichen größeren Innendurchmessers, d. h. in den Umformbereichen U1, U2, U3 aufweitet und schließlich an das Werkzeug anlegt. Gleichzeitig mit der Druckbeauf­ schlagung werden die Stößel 6 betätigt, um das Rohr (Hohlkörper 4) axial nachzuführen. Nach dem Umformvorgang (Fig. 1b) wird das im Werkzeug 1 verbleibende Werkstück 4 getrennt, wobei die Steuereinrichtung 12 zunächst den Druck im Hohlkörperinneren erhöht. Dadurch weiten sich die Elastomerringe 18, die dem durch den Hohlkörper 4 vermittelten Hochdruck während des Umformens noch standgehalten haben, unter dem erhöhten Innendruck auf und die Schneidkanten 22 werden frei geben, wodurch das Werkstück in drei Werkstückelemente getrennt wird. Nach abgeschlossenem Trennvorgang (Fig. 1c) können dem Werkzeug 1 drei umgeformte und voneinander getrennte Hohlkörper 4.1, 4.2 und 4.3 entnommen werden. Zuvor beaufschlagt die Steuereinrichtung 12 noch die Druckräume mit Druck, um die Elastomerringe 18 zusammen mit den abgetrennten Rohr­ abschnitten aus den Ringnuten 16 auszustoßen. In diesem Ausführungsbeispiel wurden Hohlkörperbereiche 4.1, 4.2, 4.3 voneinander getrennt, die als Einzelbauteile Verwendung finden. Es ist jedoch auch vorgesehen, nach dem Umformen beispielsweise Endbereiche abzutrennen, die nicht mehr verwendet werden (s. auch Fig. 4a und 4b). In diesem Fall ist es ausreichend, nur die bauteilzugewandte Innennutkante als Schneidkante 22 auszubilden. Ebenso ist es möglich, in der Ringnut 16 statt eines nachgiebigen Einwegringes einen (vorzugsweise geteilten) wiederverwendbaren elastischen Ring 18 aufzunehmen, oder einen Ring 18 einzusetzen, der aus starren Ringsegmenten besteht, die mittels Federelementen 19 federnd angeordnet sind (Fig. 1d) In diesen Fällen kann die Druckbeaufschlagung an den Außenmänteln der Ringe entfallen (Fig. 1b und 1c), sofern deren Aufweitung wie beschrieben durch einen über dem Umformdruck liegenden Trenndruck erfolgt.

Gemäß einer nichtdargestellten Variante kann sich in der Ringnut auch ein Ring 18 befinden, der die als Schneidkanten 22 ausgebildeten Ringnutkanten unter dem Einfluß einer hochfrequenten Schwingung freigibt. Der Innenhochdruck bewirkt dann das Auftrennen des Hohlkörpers im Rhythmus dieser Schwingungen. Allen Varianten ist gemeinsam, daß die Schneidkanten um einen Weg freigegeben werden müssen, der größer ist als die Wandstärke des zu trennenden Hohlkörpers. Die Schwingungsamplitude kann jedoch kleiner als die Wandstärke sein. Der Ring 18 kann auch eine Bewegung in zwei um 90° versetzten oder drei um 60° versetzten Ebenen oder eine exzentrische Rotations­ bewegung durchführen, wobei eine insgesamt umlaufende Schneidkante erzeugt wird.

Eine weitere Ausbildung der Erfindung ist in den Fig. 2a und 2b gezeigt. Hier sind die Schneidkanten 22 in ein und derselben Trennebene T sowohl am Werkzeug 1 als auch an einer bezüglich der Achse A des Hohlkörpers 4 auf Werkzeugelementen 25 exzentrisch gelagerten Trennscheibe 26 ausgebildet. Dreht sich diese durch den nicht dargestellten Antrieb um die Achse B, dringen die an der Trennscheibe 26 ausgebildeten Schneidkanten 28 in den Hohlkörper 4 ein, während der Werkstückwerkstoff an den am Werkzeug 1 ausgebildeten feststehenden Schneidkanten 30 getrennt wird. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung (Fig. 3a und 3b) ist das in der Werkzeug 1 in der Trennebene T geteilt, wobei die Bereiche 2b und 2b des Werkzeugoberteils 2 und die Bereiche 3a und 3b des Werkzeugunterteils 3 mit Schneidkanten 36 bzw. 38 versehen sind. Durch einen nicht dargestellten Antrieb wird das Werkzeugteil mit den Werkzeughälften 2b und 3b relativ zum feststehenden Werkzeugteil mit den Werkzeughälften 2a und 3a senkrecht zur Achse des Hohlkörpers 4 entweder in zwei zueinander senkrecht stehenden Ebenen oder durch eine exzentrische Drehbewegung bewegt, so daß dessen Schneidkante 38 in den Hohlkörper eindringt, und das Werkstück durch die zusätzliche Schneidwirkung der Schneidkante des feststehenden Werkzeugteils 32 in der Trennebene T getrennt wird. Es entstehen zwei Hohlkörper 4.1 und 4.2, die nun aus dem geöffneten Werkzeug 1 entnommen werden können.

In Fig. 4a und Fig. 4b wird das Trennen eines Rohrendes E vom umgeformten Hohlkörper 4 gezeigt, wobei die Trennebene T im Bereich des umgeformten Werkstückbereiches des Hohlkörpers 4 liegt.

Eine weitere, nicht dargestellte Ausbildung der Erfindung besteht in der radialen Zustellung einer sich in der Trennebene um die Hohlkörperachse drehenden Einzelschneide. Gem. Fig. 5 ist es auch möglich, den Ziehrand 4.1 des jeweils umgeformten Hohlkörpers 4 bei Doppelplatinen (oder des tiefgezogenen einfachen Bleches bei Einfachplatinen) unter Beibehaltung seiner Lage im Innenhochdruck-Um­ formwerkzeug abzutrennen. Hierzu wird beispielsweise statt eines in einer Ringnut aufgenommenen nachgiebigen Ringes ein nachgiebiges Band 18.1 verwendet, das in einer Nut 16.1 aufgenommen ist, die sich entlang einer Trennspur im Bereich des Ziehrandes 4.1 erstreckt. Diese kann in Abhängigkeit von der gewünschten Kontur des Ziehrandes 4.1 einen beliebigen Verlauf nehmen, wie z. B. den einer Geraden, eines Kreisbogens oder einer Wellenlinie. Bei napfförmigen, rotationssymmetrichen Werkstücken kann die Trennspur auch kreisförmig sein. Selbstverständlich ist das Trennen entlang einer den Hohlkörper 4 umgebenden Trennspur auch durch die anderen erfindungsgemäßen Relativbewegungen möglich.

Im dargestellten Beispiel befinden sich sowohl im Werkzeugoberteil 2 als auch im Werkzeugunterteil 3 Nuten 16.1 mit darin angeordneten Bändern 18.1. Die Nuten 16.1 wirken gleichzeitig als Druckräume. Nach dem Umformvorgang wird einer der Druckräume (in diesem Fall der untere) mit Druck beaufschlagt, so daß sich die Bänder in Pfeilrichtung verschieben und der Ziehrand 4.1 in diesem Bereich getrennt wird. In dem Druckraum des Werkzeugoberteiles kann dabei bedarfsweise ein hydraulischer Gegendruck erzeugt werden.

Es ist jedoch auch möglich, den Gegendruck mechanisch zu erzeugen.

Mit der Erfindung wird eine hochgenaue, effektive und elegante Lösung zum Trennen geschaffen. Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht dabei im Trennen des durch Innenhochdruckumformen hergestellten Werkstückes unter Beibehaltung seiner Lage im Innen­ hochdruck-Werkzeug, vorzugsweise unter Nutzung des Innenhochdrucks. Zusätzliche Trennvorrichtungen können dadurch entfallen, wodurch die Gesamtkosten wesentlich verringert werden.

Claims (21)

1. Verfahren zum Trennen eines nach dem Innenhochdruck-Um­ formverfahren hergestellten Werkstücks (4), dadurch ge­ kennzeichnet, daß dieses nach dem Innenhochdruck-Umformen im Umformwerkzeug (2) verbleibt und durch wenigstens eine Schneidkante (22, 28, 30, 36, 38) getrennt wird, die in einer das Werkstück (4) durchdringenden Trennfläche (T) wirkt und zum Trennen aktivierbar ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivierung der Schneidkante (22) durch eine Relativ­ bewegung im Verhältnis zu mindestens einem Bereich des Werkstücks (4) erfolgt, wobei der Betrag der Relativ­ bewegung in mindestens zwei zueinander senkrechten Achsen, die wiederum senkrecht zur Längsachse des Hohlkörpers stehen, mindestens der Blechdicke entspricht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Aktivierung einer am Umformwerkzeug (2) ausgebildeten feststehenden Schneidkante (22) durch Innenhochdruck-Verdrängung eines an dieser Schneidkante anliegenden Hilfsmaterials (18) oder umfänglich geteilten Bauteils (24) erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivierung einer am Umformwerkzeug ausgebildeten feststehenden Schneidkante durch Schwingungsanregung eines an dieser Schneidkante anliegen­ den und in der Trennfläche (T) schwingfähigen Bauteils erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungsanregung durch das Druckmedium erfolgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine sich bewegende Schneidkante gleichzeitig eine feststehende Schneidkante freigibt.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einem vorzugsweise in einer Zuführebene geteilten Innenhochdruck-Um­ formwerkzeug (2) zur Aufnahme eines Werkstücks (4), mit Dichtungsmitteln (8) zum Abdichten dieses Hohlkörpers (4) und mit Zuführmitteln zum Zuführen des Druckmittels in den Umformbereich des Werkstücks (4) hinein, dadurch gekennzeichnet, daß dem Innenhochdruck-Umformwerkzeug (2) wenigstens eine das Werkstück (4) durchdringende Trenn­ fläche (T) zugeordnet ist, in der wenigstens eine Schneidkante (22, 28, 30, 36, 38) vorhanden ist, die während des Innenhochdruck-Umformens mit der Innenkontur des Umformwerkzeuges (2) fluchtet oder hinter dieser zurücksteht und zum Trennen aktivierbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennfläche (T) senkrecht zur Längsachse des Werkstücks (4) steht.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Innenhochdruck-Umformwerkzeug (2) in der Trennfläche (T) geteilt ist und in dieser Fläche beide Werkzeugteile (32, 34) Schneidkanten (36, 38) aufweisen und relativ zueinander bewegbar sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der beiden Werkzeug­ teile (32, 34) in zwei zueinander senkrechten Achsen verschiebbar ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der beiden Werk­ zeugteile (32, 34) in bezug auf die Längsachse (A) des Werkstücks (4) exzentrisch gelagert ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidkante (28) an einem in der Trennfläche (T) des Umformwerkzeuges (2) bewegbaren Ring (26) ausgebildet ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenhochdruck-Umformwerkzeug (2) eine an die Trennfläche (T) anschließende Nut (16) aufweist, in der ein mit der Innenkontur fluchtendes dünnes Formteil (18) umläuft, das durch einen auf das Werkstück (4) wirkenden Innenhochdruck derart in die Nut (16) drückbar ist, daß sich das unter Innenhochdruck stehende Werkstück (4) an der freigelegten Schneidkante (22) auftrennt.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Formteil (18) nachgiebig ausgebildet ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Formteil (18) umfänglich geteilt ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Formteil (18) oder dessen Teile (24) nachgiebig angeordnet sind.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche von 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenmantel des Formteils (18) mit Druck beaufschlagbar ist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche von 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (16) und das Formteil (18) ringförmig ausgebildet sind.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche von 7 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Umformwerkzeug (2) mehrere Trennflächen (T) aufweist.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennflächen (T) Einzelteile und/oder Fügeteile bildende Hohlkörperabschnitte trennen.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche von 7 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennflächen (T) Trennebenen sind.