DE19818362A1 - Verfahren zum Herstellen eines Hohlkörpers durch Innenhochdruckumformen und Werkzeug zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft das Andocken beim Innenhochdruckumformen von zwei aufeinander liegenden und bis auf eine Andocköffnung für den Anschluß eines Andockstempels (6) an ihren Rändern mit einer durchlaufenden Schweißnaht verschweißten Blechplatinen (1, 2) zur Herstellung hohler Bauteile. Für einen dichten Anschluß des mit einer konischen Spitze (6a) versehenen Andockstempels (6) sind im nicht verschweißten Abschnitt (7) der Platinen (1, 2) zum Rand parallel bis divergierend verlaufende Schweißnähte (8a, 8b) vorgesehen. Durch Einschieben des spitzen Andockstempels (6) weitet sich dieser Bereich zu einem dicht anliegenden Andockstutzen (10) auf. An diesem Andockstutzen (10) kann aufgrund seiner besonderen Formgebung und gegebenenfalls unter Zuhilfenahme einer Dichtung auf dem Andockstempel (6) der Andockstempel (6) in dichtender Anlage durch eine auf ihn einwirkende axiale Stützkraft gehalten werden, wenn beim Ausformen der Platinen (1, 2) im Formhohlraum (5) des Werkzeuges (3, 4) aus dem Bereich des Andockstutzens (10) Material in den Formhohlraum nachfließt.

Description

Für die Herstellung eines komplexen Bauteils mit hoher Steifigkeit und geringem Gewicht eignet sich das Innenhochdruckumformen von flach aufeinander liegenden, an ihren Rändern verschweißten Platinen, sogenannten Doppelplatinen. Ein Problem bei der Herstellung solcher hohler Bauteile ist das Andocken der Doppelplatinen an Einrichtungen für die Einleitung eines Wirkmediums unter hohem Druck in den Raum zwischen den Platinen. Problematisch ist das Andocken zum einen, weil die Andockmittel möglichst dicht an die Doppelplatine anzuschließen sind, und zum anderen, weil die Möglichkeit bestehen soll, daß beim Ausformen der Doppelplatine in den Formhohlraum eines Werkzeugs, das die Doppelplatine an ihren Rändern eingeklemmt hält, Material von den eingeklemmten Randbereichen in den Formhohlraum nachfließt.

Obgleich aus dem Stand der Technik viele verschiedene Andocksysteme bekannt sind, gibt es kein Andocksystem, bei dem beide Zielsetzungen erfüllt werden.

Bei einem bekannten Andocksystem zum Querandocken (DE 44 27 140 C1) besteht das Werkzeug aus einem Ober- und einem Unterteil, die zwischen sich einen Formhohlraum entsprechend der Form des herzustellenden hohlen Bauteils bilden. Bei diesem Werkzeug wird eine an ihren Rändern mit einer durchlaufenden Naht verschweißte Doppelplatine mit ihren Randbereichen zwischen dem Ober- und Unterteil eingeklemmt gehalten. Zum Andocken ist in einer der beiden Platinen, insbesondere in der unteren Platine, im eingespannten Randbereich eine Andocköffnung vorgesehen. In diese Andocköffnung kann ein vom Unterteil getragener Andockstempel, über den das einzuleitende Wirkmedium zuführbar ist, eingeführt werden, wobei diesem Stempel im Oberteil eine entsprechende Ausnehmung zugeordnet ist, in die beim Einführen des Stempels in die Öffnung der unteren Platine die obere Platine ausweichen kann. Das Ober- und Unterteil weisen um diese Öffnung herum konzentrische Zacken auf, die durch plastische Verformung des Platinenmaterials dafür sorgen, daß der Bereich um die Öffnung herum nach außen abgedichtet ist.

Eine Schwierigkeit bei diesem Andocksystem ist, daß der Bereich der Platine, die im Andockstempel liegt, beim Aus formen des Formhohlraums ein Nachfließen des fest eingeklemmten Platinenrandes nicht zuläßt. Von Nachteil ist ferner, daß sich das Wirkmedium durch den um die Andocköffnung herum durch plastische Verformung weitgehend abgedichteten und fest eingeklemmten Bereich selbst seinen Weg in den Zwischenraum zwischen den Platinen zum Formhohlraum gegen den Widerstand dieser auch zwischen den Platinen wirksamen Abdichtung suchen muß, was zu einer Zeitverzögerung bei der Einleitung des Wirkmediums und damit zu längeren Taktzeiten (Zykluszeiten) führt.

Bei einem anderen bekannten Verfahren zum Herstellen eines hohlen Bauteils durch Innenhochdruckumformen findet ein anderes Andocksystem Anwendung (DE 40 17 072 A1, DE 42 32 161 A1, DE 44 16 147 A1). Dieses System unterscheidet sich von dem beschriebenen System des Querandockens darin, daß die umlaufende Schweißnaht einen kurzen Abschnitt frei läßt, der als Andocköffnung dient. In diese Andocköffnung wird von der Seite zwischen die Platinen ein Andockstempel eingeführt. Um das Einführen zu erleichtern, sind die Platinen entsprechend vorgeformt. Um zu einem dichtenden Anschluß zwischen dem Andockstempel und der Doppelplatine zu kommen, ist der Andockstempel konisch ausgebildet und mit Ringwülsten versehen, während das Ober- und Unterteil des Umformwerkzeuges dazu passend am Rand konisch aufgeweitet ist. Zwischen diesem Rand und dem konischen Teil des Andockstempels wird der Rand der Doppelplatine im Bereich der Andocköffnung fest eingeklemmt.

Wie beim beschriebenen Querandocken erlaubt auch diese Art des Andockens nicht, daß aus dem Bereich des Andockortes beim Ausformen des hohlen Bauteils Material in den Formhohlraum nachfließt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines hohlen Bauteils aus einer Doppelplatine sowie ein zur Durchführung des Verfahrens geeignetes Formwerkzeug zu schaffen. Das Verfahren und das Werkzeug sollen ein dichtes Andocken an die Doppelplatine für die Zufuhr des Wirkmediums und ein Nachfließen von Platinenmaterial aus dem im Formwerkzeug eingespannten Rand der Doppelplatine, insbesondere auch aus dem Bereich des Andockstutzens, in den Formhohlraum des Formwerkzeuges beim Ausformen des hohlen Bauteils ermöglichen.

Bei der verfahrensmäßigen Lösung geht die Erfindung aus von einem Verfahren zum Herstellen eines hohlen Bauteils aus zwei an ihren umlaufenden Rändern bis auf eine Andocköffnung miteinander verschweißten und an den Rändern zwischen einem Ober- und einem Unterteil eines einen Formhohlraum bildenden Formwerkzeuges eingeklemmt gehaltenen Platinen durch Innenhochdruckumformen mit einem zwischen die Platinen über die Andocköffnung eingeleiteten Wirkmedium.

Bei einem solchen Verfahren wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß vor der Zufuhr des Wirkmediums aus vorgeformten oder flach aufeinander liegenden Bereichen der Platinen mit dem nicht verschweißten Abschnitt in Verbindung mit in diesen Bereichen zum Rand hin parallel bis divergierend verlaufenden Schweißnähten ein Andockstutzen dadurch gebildet wird, daß diese Bereiche der Platinen durch einen zwischen ihnen paßgenau und dicht einzusetzenden Andockstempel für das einzuleitende Wirkmedium aufgeweitet werden, wobei eine auf den Andockstempel ausgeübte axiale Stützkraft den Andockstempel in dichtender Anlage am Andockstutzen hält, während beim Ausformen des hohlen Bauteils im Formhohlraum aus dem Bereich des Andockstutzens Platinenmaterial in den Formhohlraum nachfließt.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erlaubt die besondere Art der Andockung des Andockstempels an die Doppelplatine ein Nachfließen von Platinenmaterial auch aus dem Bereich des Andockstutzens. Die Dichtwirkung zwischen Andockstutzen und Andockstempel beruht zum einen auf dem großflächigen paßgenauen Sitz des Andockstempels im Andockstutzen und zum anderen darauf, daß die Anpreßkraft aus der eigenen Spannkraft des aufgeweiteten Andockstutzens zumindest zum überwiegenden Teil abgeleitet wird, im Grenzfall sogar vollständig. Deshalb kann die vom Formwerkzeug auf den Andockstutzen ausgeübte Stütz kraft so klein gehalten werden, daß der Andockstutzen nicht ortsfest im eingespannten Bereich zwischen dem Ober- und Unterteil verharrt, sondern gemeinsam mit dem Andockstempel unter Aufrechterhaltung der Dichtwirkung zwischen dem Andockstempel und dem Andockstutzen entsprechend der in den Formhohlraum nachfließenden Materialmenge nachgeführt wird.

Vorzugsweise wird für die Bereiche der Platinen, aus denen der Andockstutzen geformt wird, eine Zuschnittform mit vorstehenden Ansätzen gewählt. In Abhängigkeit von der Form des zu formenden hohlen Bauteils können unterschiedliche Querschnitte für den Andockstempel gewählt werden. So kann der Andockstempel kreisförmig oder oval sein.

Um die Dichtwirkung zwischen Andockstutzen und Andockstempel zu verbessern, kann ein Andockstempel mit einer äußeren Ringdichtung verwendet werden, die zwischen dem Andockstempel und dem Andockstutzen radial verspannbar ist. Ein Formwerkzeug der vorstehenden Art zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit zusätzlicher Abdichtung durch eine Ringdichtung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der in Richtung des Formhohlraums des beweglichen Werkzeugs gelagerte Andockstempel eine Spitze oder Schneide zum Aufweiten der Platinen an der Andocköffnung hat und die Ringdichtung als Quetschdichtung zwischen einem feststehenden und einem axial verstellbaren Kragen ausgebildet ist. Bei Verwendung eines solchen Werkzeuges ist es nicht einmal erforderlich, bereits bei der Vorbereitung der Platinen die auch im Bereich des Andockstutzens flach aufeinander liegenden Platinen vorher aufzuweiten.

Die Ringdichtung kann alternativ zur Ausbildung als Quetschdichtung auch als druckmittelbeaufschlagte Membran ausgebildet sein. In diesem Fall kann nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, daß die Membran mit ihrem dem Formhohlraum abgewandten Rand dicht am Andockstempel angeschlossen ist und mit ihrem dem Formhohlraum zugewandten Rand zum Formhohlraum offen ist, wobei das Wirkmedium dem Formhohlraum über den von der Membran und dem Andockstempel gebildeten, zum Formhohlraum offenen Zwischenraum und einen im Zwischenraum auslaufenden Kanal im Andockstempel zuführbar ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer verschiedene Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 ein Werkzeug im Querschnitt mit eingespannter Doppelplatine und angedocktem Andockstempel vor der Einleitung eines Wirkmediums,

Fig. 2 das Werkzeug gemäß Fig. 1 im Querschnitt während der Einleitung eines Wirkmediums,

Fig. 3 das Werkzeug gemäß Fig. 1 im Querschnitt am Ende des Umformvorgangs,

Fig. 4 eine Doppelplatine mit Andockstutzen und Andockstempel aber ohne Umformwerkzeug in Aufsicht,

Fig. 5 die Platine gemäß Fig. 4 mit Andockstempel im Werkzeug im Querschnitt in der ersten Phase des Andockens,

Fig. 6 die Platine gemäß Fig. 4 mit Andockstempel im Werkzeug im Querschnitt in der Endphase des Andockens,

Fig. 7a, b einen Andockstempel in Aufsicht und in Seitenansicht in einer zu Fig. 4 anderen Ausführung,

Fig. 8 einen Andockstutzen einer Doppelplatine im Umformwerkzeug mit angedocktem Andockstempel in einer zu den Ausführungen der Fig. 4-7 anderen Ausführung im Querschnitt und

Fig. 9 einen Andockstutzen einer Doppelplatine im Umformwerkzeug mit angedocktem Andockstempel in einer zu den Ausführungen der Fig. 5-8 anderen Ausführung im Querschnitt.

Das in der Zeichnung dargestellte Formwerkzeug zum Innenhochdruckumformen von Doppelplatinen, die aus zwei flach aufeinander gelegten, bis auf eine Andocköffnung an ihren Rändern mit einer durchlaufenden Schweißnaht zusammengeschweißten Platinen 1, 2, einer sogenannten Doppelplatine, bestehen, setzt sich aus einem Oberteil 3 und einem Unterteil 4 zusammen. Beide Teile 3, 4 bilden zwischen sich einen Formhohlraum 5. Um die beiden Teile 3, 4 in der in den Fig. 1-3 dargestellten Stellung zu halten, sind in der Zeichnung nicht dargestellte Führungs- und Preßvorrichtungen vorgesehen.

Eine Besonderheit bei der Doppelplatine 1, 2 besteht darin, daß sie mit einem Ansatz 7 versehen ist, wo die sonst durchlaufende Schweißnaht 8 mit zwei parallel bis divergierend zum Rand verlaufenden Schweißnahtenden 8a, 8b liegen, wie in Fig. 4 dargestellt ist. Nachdem eine solche Doppelplatine 1, 2 hergestellt ist, wird sie in das Werkzeug 3, 4 eingelegt und das Oberteil 3 und das Unterteil 4 durch die Führungs- und Preßvorrichtungen zusammengefahren, so daß die Doppelplatine 1, 2 umlaufend bis auf einen schmalen zum Rand hin verlaufenden Streifen im Bereich des Ansatzes 7 für die Andocköffnung eingeklemmt wird, wo durch Nuten im Oberteil 3 und Unterteil 4 ein im Querschnitt der Querschnittsform des Andockstempels 6 entsprechender Kanal 9 mit konstantem Querschnitt auf seiner gesamten Länge ausgebildet ist, wie in Fig. 1 dargestellt ist. Dann erfolgt das Andocken, indem der Andockstempel 6 mit seiner Spitze 6a zwischen die flach aufeinander liegenden oder durch Vorverformung leicht aufgeweiteten Ansätze 7 der beiden Platinen 1, 2 eingeschoben wird. Dabei bildet sich durch plastische Verformung ein Andockstutzen 10 aus. Diese Phase des Andockens ist in Fig. 4 und 5 dargestellt. Beim weiteren Vorschieben des Andockstempels 6 weitet sich der Andockstutzen 10 weiter auf. Durch die paßgenaue Abstimmung der Schweißnahtenden 8a, 8b und der im wesentlichen konischen Form der Spitze 6a des Andockstempels 6 ergibt sich dabei eine großflächige, paßgenaue und dichte Anlage. Diese Phase ist in Fig. 6 dargestellt. Die Geometrie und die Dimension von Andockstutzen 10 und Andockstempel 6 sind so aufeinander abgestimmt, daß einerseits ein dichtender Anschluß des Andockstempels 6 an den Andockstutzen 10 gewährleistet ist, andererseits aber auch eine Bewegung des Andockstutzens 10 in dem über seine gesamte Länge einen konstanten Querschnitt aufweisenden und deshalb auch als Führung für den Andockstutzen 10 dienenden Kanal 9 auch ohne Schmiermittel in Richtung des Formhohlraums 5 zuläßt.

Über die Form des Andockstempels 6 ist es möglich, die Wirkmediumverteilung zu beeinflussen. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 4-6 ist ein rotationssymmetrischer Andockstempel 6 vorgesehen, während er in Fig. 7a, 7b eine im Querschnitt elliptische oder linsenförmige Form hat. In diesem Fall kann sich der Wirkmedienkanal 6b zum Formhohlraum hin verzweigen.

Nachdem der Andockstempel 6 dicht an den Andockstutzen 10 angedockt ist und mit einer Haltekraft P beaufschlagt wird (Fig. 1: Andockphase), wird Wirkmedium über einen axialen Kanal 6a im Andockstempel 6 zugeführt. Das Wirkmedium weitet die Doppelplatine 1, 2 im Formhohlraum 5 auf (Fig. 2: Aufweitphase). Während dieser Aufweitphase kann wegen des erfindungsgemäßen Andocksystems im Gegensatz zu den im Stand der Technik anders gestalteten Andocksystemen auch aus dem Bereich des Andockstutzens 10 Material in Richtung S des Formhohlraums 5 nachfließen. Bei weiterer Zufuhr von Wirkmedium nimmt die Doppelplatine 1, 2 endlich die Form des Formhohlraums 5 und damit die Endform an (Fig. 3: Kalibrierphase). In dieser Kalibrierphase ist die Doppelplatine 1, 2 im gesamten Randbereich durch das Werkzeug 3, 4 fest eingespannt, 50 daß kein Material mehr nachfließen kann. Der Andockstempel 6 wird aber weiter durch die Haltekraft P in dichter Anlage am Andockstutzen 10 gehalten. Das Material im Formhohlraum wird dann plastisch verformt.

Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 8 weist der Andockstempel 6* mit seiner den Andockstutzen 10 aufweitenden Spitze 6a* eine als Quetschdichtung ausgebildete äußere Ringdichtung 11 auf. Die Ringdichtung ist zwischen einem rückseitigen Kragen 6c* der Spitze 6a* und der Stirnseite 12a einer auf dem Andockstempel 6* verschieblichen Hülse 12 eingeklemmt. Die Hülse 12 ist von einer Feder 13 beaufschlagt, die sich an einem Widerlager 6d* des Andockstempels 6* abstützt. Dadurch ist gewährleistet, daß die Quetschdichtung 12a mit einer durch die Feder 13 bestimmten Kraft eingeklemmt wird, die unabhängig von der Position des Andockstempels 6* ist.

Das Ausführungsbeispiel der Fig. 9 unterscheidet sich von dem der Fig. 8 darin, daß die Ringdichtung 14 als rückseitig am Andockstempel 6** dicht angeschlossene Membran ausgebildet ist. Sie bildet mit dem Mantel des Andockstempels 6** einen zum Formhohlraum hin offenen Ringraum 15. Wird über einen zentralen Kanal 16 und radiale Kanäle 17 Wirkmedium zugeführt, dann drückt dieses Wirkmedium die Membran an die Innenwand des Kanals 9 im Werkzeug und dichtet hier ab.

Diese beiden Ausführungsbeispiele der Fig. 8 und 9 zeigen, daß es weitere Varianten gibt, wie mit einem Andockstempel zum einen ein Andockstutzen geschaffen werden kann und zum anderen ein dichter Anschluß an den Andockstutzen hergestellt werden kann, ohne daß es dafür notwendig ist, den Andockstutzen so fest gegen das Werkzeug zu drücken, daß er hier unbeweglich verharrt und nicht in den Formhohlraum nachfließen kann.

Claims (7)

1. Verfahren zum Herstellen eines hohlen Bauteils aus zwei an ihren umlaufenden Rändern bis auf eine Andocköffnung miteinander verschweißten, und an den Rändern zwischen einem Ober- (3) und einen Unterteil (4) eines einen Formhohlraum (5) bildenden Formwerkzeuges eingeklemmt gehaltenen Platinen (1, 2) durch Innenhochdruckumformen mit einem zwischen die Platinen (1, 2) über die Andocköffnung eingeleiteten Wirkmedium, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Zufuhr des Wirkmediums aus vorgeformten oder flach aufeinander liegenden Bereichen der Platinen mit dem nicht verschweißten Abschnitt (7) in Verbindung mit in diesem Bereich zum Rand hin parallel bis divergierend verlaufenden Schweißnähten (8a, 8b) ein Andockstutzen (10) dadurch gebildet wird, daß diese Bereiche der Platinen (1, 2) durch einen zwischen ihnen paßgenau und dicht einzusetzenden Andockstempel (6) für das einzuleitende Wirkmedium aufgeweitet werden, wobei eine auf den Andockstempel (6) ausgeübte axiale Stützkraft den Andockstempel (6) in dichtender Anlage am Andockstutzen (10) hält, während beim Ausformen des hohlen Bauteils im Formhohlraum (5) aus dem Bereich des Andockstutzens (10) Platinenmaterial in den Formhohlraum (5) nachfließt.

2. Verfahren zum Herstellen eines hohlen Bauteils nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Bereiche (7) der Platinen (1, 2), aus denen der Andockstutzen (10) geformt wird, eine Zuschnittform mit vorstehenden Ansätzen gewählt wird.

3. Verfahren zum Herstellen eines hohlen Bauteils nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Andockstempel (6) im Querschnitt kreisförmig oder oval ist.

4. Verfahren zum Herstellen eines hohlen Bauteils nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Andockstempel (6*, 6**) mit einer äußeren Ringdichtung (11, 14) verwendet wird, die zwischen dem Andockstempel (6*, 6**) und dem Andockstutzen (10) radial verspannbar ist.

5. Aus einem Ober- (3) und einem Unterteil (4) bestehendes und zwischen sich einen Formhohlraum (5) bildendes Formwerkzeug für nach dem Innenhochdruckumformen herzustellende hohle Bauteile aus zwei aufeinander liegenden und bis auf eine Andocköffnung für den Anschluß eines der Zufuhr eines Wirkmediums dienenden Andockstempels (6, 6*, 6**) an ihren Rändern durchlaufend miteinander verschweißten Blechplatinen (1, 2) nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der in Richtung des Formhohlraumes (5) beweglich im Werkzeug (3, 4) gelagerte Andockstempel (6*) eine Spitze (6a*) oder Schneide zum Aufweiten der Platinen (1, 2) an der Andocköffnung hat und die Ringdichtung (11) als Quetschdichtung zwischen einem feststehenden und einem dazu axial verstellbaren Kragen (6*, 12a) ausgebildet ist.

6. Aus einem Ober- (3) und einem Unterteil (4) bestehendes und zwischen sich einen Formhohlraum (5) bildendes Formwerkzeug für nach dem Innenhochdruckumformen herzustellende hohle Bauteile aus zwei aufeinander liegenden und bis auf eine Andocköffnung für den Anschluß eines der Zufuhr eines Wirkmediums dienenden Andockstempels (6**) an ihren Rändern durchlaufend miteinander verschweißten Blechplatinen (1, 21) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der in Richtung des Formhohlraumes (5) beweglich im Werkzeug (3, 4) gelagerte Andockstempel (6**) eine Spitze (6a**) oder Schneide zum Aufweiten der Platinen (1, 2) an der Andocköffnung hat und die Ringdichtung (14) als druckmittelbeaufschlagte Membran ausgebildet ist.

7. Formwerkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Membran (14) mit ihrem dem Formhohlraum abgewandten Rand dicht am Andockstempel (6**) angeschlossen ist und mit ihrem dem Formhohlraum (5) zugewandten Rand zum Formhohlraum (5) offen ist, und daß das Wirkmedium dem Formhohlraum (5) über den von der Membran und dem Andockstempel gebildeten, zum Formhohlraum offenen Zwischenraum (15) und einen in diesem Zwischenraum (15) auslaufenden Kanal (16, 17) im Andockstempel (6**) zuführbar ist.