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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Formen eines rohrförmigen Werkstücks gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1. Gegenwärtig wird
ein Hydroformen bzw. Innenhochdruckformen in großem Stil ausgenützt zur
Herstellung von Rahmenteilen für
Kraftfahrzeuge. Der Vorgang des Hydroformens findet auch Anwendung
bei anderen Herstell- und industriellen Prozessen, bei denen ein
rohrförmiges
Produkt mit sehr präzisen
Abmessungen geformt werden muß und
Eigenschaften in Bezug auf Festigkeit und Leichtigkeit gewünscht sind,
wie beispielsweise in der Luftfahrt- bzw. Raumfahrtindustrie und bei
der Herstellung von Möbeln.
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Im
Verlauf des Hydroformens wird ein rohrförmiges Werkstück innerhalb
eines Formenhohlraums eingeschlossen, der durch Formen innerhalb einer
Presse ausgebildet ist und das Werkstück wird im Inneren unter Druck
gesetzt, üblicherweise
mit Hilfe einer unter Druck gesetzten Flüssigkeit, wie beispielsweise
Wasser. Die Druckbeaufschlagung kann mit etwa 28 bis 250 MPa in
Abhängigkeit
von der Natur des hydrozuverformenden Teiles erfolgen. Die innere
Druckbeaufschlagung bewirkt, dass sich das rohrförmige Werkstück an das
Innere des Formenhohlraums anpaßt.
Vorteilhaft ist das rohrförmige Werkstück zuvor
mit Druck beaufschlagt, typischerweise mit etwa 3 bis 30 MPa in
Abhängigkeit
von dem Teil, bevor die Presse betätigt wird, um die Formen zu schließen und
das Werkstück
in dem Formenhohlraum vollständig
einzuschließen.
Eine zuvor vonstatten gehende Druckbeaufschlagung ermöglicht,
daß das
Werkstück
in einem Formenhohlraum eingeschlossen wird, der nicht übermäßig groß ist im
Vergleich zu den Außenabmessungen
des rohrförmigen Werkstücks, ohne
den Rohling zu quetschen, was auftritt, wenn die Formenabschnitte
gegeneinander geschlossen werden. Das ebenfalls übertragene US-Patent Re. 33990
(Cudini) vom 14. Juli 1992 offenbart beispielsweise ein Hydroformen
innerhalb eines Hohlraums, dessen Umfang gleich oder etwa größer ist
als das rohrförmige
Werkstück,
derart, daß ein
Verformen des Werkstücks
hin zur Form des Formenhohlraums keine Expansion bewirkt oder eine Expansion
des Umfangs des Werkstücks
um nicht mehr als etwa 5%. Der Vorgang des Erweiterns bzw. Expandierens
des rohrförmigen
Werkstücks
um 0 bis 5% hat verschiedenste Vorteile gegenüber Verfahren, bei denen höhere Expansionsverhältnisse
Verwendung finden. Beispielsweise wird ein Stanzen von Löchern durch
die Seitenwand des hydroverformten Werkstücks, während es innerhalb der formgebenden
Form unter Druck gesetzt ist, vereinfacht. Des weiteren ist die
abmessungsmäßige Stabilität, d.h.
die Wiederholbarkeit von Abmessungen von Teil zu Teil, verbessert
und es sind Produkte mit schärferen
Ecken und einem kleineren Verhältnis
von Radius der Querschnittskrümmung
zu Wanddicke möglich. Überdies
ist bis zu einem gewissen Ausmaß die Streckgrenze
des Produkts verbessert.
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Nichtsdestotrotz
können
bei den bekannten Verfahren Probleme in Bezug auf das Lecken der
unter Druck gesetzten Flüssigkeit
während
des Vorgangs des Lochstanzens immer noch auftreten, insbesondere
wenn Löcher
großer
Breite ausgebildet werden. Des weiteren ist die abmessungsmäßige Stabilität, die Streckgrenze
bzw. erzielte Festigkeit und die Querschnittsschärfe der Ecken, die erzeugt werden
können,
immer noch nicht so gut, wie dies als wünschenswert angesehen wird.
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Aus
der
EP 0 294 034 ist
es bekannt, ein Verfahren zum Hydroformen kastenartiger Rahmenteile vorzusehen
durch Anordnen eines rohrförmigen Rohlings
innerhalb einer Form mit einem Hohlraum. Der rohrförmige Rohling
wird jedoch erweitert bzw. expandiert, indem der innere Umfang des
Formenhohlraums größer angelegt
ist als der Umfang des rohrförmigen
Rohlings und der Rohling dann unter Druck gesetzt wird, um ihn umfangsmäßig zu erweitern,
um mit dem Umfang der Form zusammenzupassen.
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Eine ähnliche
Anordnung ist aus der
US 5,735,156 bekannt,
die ein Verfahren offenbart zum Hydroformen eines nicht kreisförmigen Rohres,
das in seiner Längsrichtung
einen veränderli chen
Querschnitt hat. Wieder wird der Umfang des Rohlings erweitert,
um mit einem Umfang des Formenhohlraums zusammenzupassen.
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Die
GB 1 206 072 , auf welcher
der Oberbegriff des Anspruchs 1 beruht, offenbart ein Verfahren, bei
dem ein rohrförmiger
Rohling zunächst
dazu veranlaßt
wird, sich in seinem zentralen Teil auszubeulen, indem dem Inneren
des Rohlings unter Druck gesetztes Fluid zugesetzt wird. Der erweiterte
Teil des Rohlings wird dann in einem Formenhohlraum zusammengedrückt bzw.
komprimiert, um ein Werkstück
mit spezieller Gestalt zu erzeugen.
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Erfindungsgemäß ist ein
Verfahren vorgesehen zum Formen eines rohrförmigen Werkstücks, das
einen äußeren Umfang
hat, umfassend das Ausüben
von Fluiddruck auf das Innere des Werkstücks und Einschließen des
unter Druck gesetzten Werkstücks
in einer Form, die einen Formenhohlraum hat, von dem wenigstens
ein Teil einen inneren Umfang hat, der kleiner ist als der äußere Umfang
des Werkstücks,
wobei das Werkstück
einem Druckformen unterworfen wird, Öffnen der Form und Entfernen
des mittels Druck verformten Werkstücks daraus; dadurch gekennzeichnet,
daß der
Teil des Werkstücks, der
von dem Teil des Formenhohlraums gegriffen ist, ein Teil ist, der
nicht erweitert wurde.
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Indem
der Hohlraum bei dem vorliegenden Verfahren kleiner gestaltet wird
als das rohrförmige Werkstück und ein
Druckverformen des Werkstücks stattfindet,
wird das Material der Rohrwand gegen den Dorn während den Vorgängen des
Durchstoßens
der Wand des Werkstücks
gedrückt
und hierdurch werden Probleme in Bezug auf das Lecken vermieden,
wenn große,
breite Löcher
in das Werkstück
gestanzt werden, während
es in der Form eingeschlossen ist. Des weiteren erzeugt die auf
die Rohrwand des Werkstücks
ausgeübte
Druckkraft bzw. kompressive Kraft ein sehr hohes Maß an abmessungsmäßiger Stabilität, liefert
eine verbesserte Streckgrenze und erlaubt die Ausbildung sehr scharfer
Ecken im Querschnitt. Die auf das Material der Rohrwand wirkenden
Druckkräfte
schieben das Material der Rohrwand in Bereiche, wie beispielsweise sehr
scharfe Ecken, in die es normalerweise nicht fließen würde.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
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1 zeigt
gewisserweise schematisch einen Querschnitt in Darstellung eines
unter Druck gesetzten, rohrförmigen
Bauteils, das zwischen teilweise geschlossenen Formabschnitten positioniert
ist.
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2 zeigt
den Teil, welcher dem Hydroformen in einer vollständig geschlossenen
Form unterzogen wird.
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3 ist
eine teilweise fragmentarische Querschnittsansicht in Darstellung
einer Ecke eines rohrförmigen
Werkstücks,
das in Übereinstimmung mit
Verfahren bzw. Schritten nach dem Stand der Technik gebildet werden
kann.
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4 ist
eine teilweise fragmentarische Querschnittsansicht in Darstellung
einer scharfen Ecke, die in Übereinstimmung
mit dem Verfahren/Schritten nach der Erfindung ausgebildet ist.
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5 ist
eine teilweise fragmentarische Querschnittsansicht in Darstellung
des Stoßens
eines Lochs durch eine Wand eines rohrförmigen Werkstücks.
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Bezugnehmend
auf die Zeichnungen, zeigt 1 im Querschnitt
einen Abschnitt einer oberen Form 11 und einer unteren
Form 12, die Hohlräume 13 bzw. 14 haben,
sowie zusammenpassende Oberflächenabschnitte 16 bzw. 17.
In der in 2 zu erkennenden, geschlossenen
Stellung der Formabschnitte 11 und 12, sind die
zusammenpassenden Oberflächenabschnitte 16 und 17 zusammengepaßt, während die
Hohlraumabschnitte 13 und 14 einen geschlossenen
Formenhohlraum 18 ausbilden.
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Bei
der bevorzugten Ausführungsform
des hydroformenden Verfahrens, wird ein rohrförmiges Werkstück 19,
das anfänglich
beispielsweise kreisförmigen
oder elliptischen Querschnitt haben kann, zwischen dem Formabschnitt 11 und 12 angeordnet, während sie
sich in einem offenen Zustand befinden, bei dem die passenden Oberflächen 16 und 17 ausreichend
voneinander getrennt sind, so daß das Werkstück 19 zwischen
die beiden Formabschnitte 11 und 12 eingeführt werden
kann. Vorzugsweise werden die Formabschnitte 11 und 12 in
eine teilweise geschlossene Stellung bewegt, in welcher die inneren
Oberflächen
der Formenhohlräume 13 und 14 das
Werkstück 19 leicht
greifen. Die gegenüberliegenden
Enden des Werkstücks
werden dann in Eingriff gebracht mit einer Dichtvorrichtung, durch
die eine unter Druck gesetzte Flüssigkeit 21, üblicherweise
Wasser, eingeführt
wird, um das Innere des rohrförmigen
Werkstücks 19 zu
füllen.
Nach dem Abdichten, wird dann die Flüssigkeit im Inneren des Werkstücks vorzugsweise
unter Druck gesetzt und zwar auf einen gewünschten Vordruck, welcher eine unerwünschte Deformation
des rohrförmigen
Werkstücks 19 verhindern
wird, wenn die Formabschnitte 11 und 12 gegeneinander
geschlossen werden. Eine derartige unerwünschte Deformation kann beispielsweise
ein Zerdrücken
oder Wellen der Wand des Werkstücks 19 sein,
was darauffolgend nicht durch eine Druckausübung im Inneren entfernt werden kann
oder ein Quetschen der Abschnitte der Seitenwand des Werkstücks 19 zwischen
den zusammenpassenden Oberflächenabschnitten 16 und 17 der Formabschnitte 11 und 12,
wenn die Formabschnitte 11 und 12 gegeneinander
verschlossen werden.
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Die
Formabschnitte 11 und 12 werden gegeneinander
verschlossen, so daß,
wie in 2 gezeigt, die zusammenpassenden Oberflächenabschnitte 16 und 17 aufeinandertreffen
und das rohrförmige
Werkstück 19 ist
in dem geschlossenen Formenhohlraum 18 eingeschlossen,
wie dies in 2 erkennbar ist. Üblicherweise
wird der Druck innerhalb des rohrförmigen Werkstücks 19 dann
erhöht
und derart aufrechterhalten, daß die
Belastung, der die Wand unterworfen wird, geringer oder größer als
die Streckgrenze beziehungsweise Steifigkeit des Materials wird.
Der erforderliche Druck ist derjenige, der nötig ist, um die Wand des rohrförmigen Werkstücks 19 dazu
zu zwingen, mit dem Inneren des Formenhohlraums 18 übereinzustimmen
bzw. sich daran anzupassen.
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Ist
einmal das rohrförmige
Werkstück
mit dem gewünschten
Querschnitt ausgebildet, so können
Löcher
durch die Rohrwand geschlagen werden. Der Innendruck wird dann entlastet,
das Rohr abgelassen, die Formabschnitte 11 und 12 geöffnet und das
geformte, rohrförmige
Werkstück 19 aus
der Form entfernt.
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Ein
neues rohrförmiges
Werkstück
kann dann zwischen den offenen Formabschnitten angeordnet werden
und der obige Betriebszyklus wiederholt werden.
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Die
Techniken, Verfahren bzw. Schritte, Drucke und Vorrichtungen, die
erforderlich sind, um erfolgreich die oben beschriebenen Hydroformvorgänge durchzuführen, sind
dem Durchschnittsfachmann wohl bekannt und müssen hier nicht detailliert
beschrieben werden. Beispiele für
die Techniken, Vorgänge,
Drucke und Vorrichtungen, die verwendet werden können zum Aufbau eines Vordrucks,
Abdichten des Rohrendes, das Ausbilden von Löchern und in anderer Hinsicht
in Bezug auf den Hydroformvorgang, sind in mehreren gemeinsam innehabenden
US-Patenten beschrieben,
einschließlich
im oben erwähnten
US-Patent Nr. Re 33990, US-Patenten 4,989,482 vom 5. Februar 1991
(Mason); 5,235,836 vom 17. August 1993 (Klages et al.); 5,644,829
vom 9. Juli 1997 (Mason et al.), 5,445,002 vom 29. August 1995 (Cudini
et al.) und in den US-Patentanmeldungen mit den Seriennummern 09/249,764,
angemeldet am 16. Februar 1999 im Namen von Morphy et al. und 09/361,998,
angemeldet am 28. Juli 1999 im Namen von Klages et al.
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Bei
der vorliegenden Erfindung wird die oben beschriebene Hydroformtechnik
insofern modifiziert, als der Umfang des Hohlraums 18 kleiner
ist als der äußere Umfang
des rohrförmigen
Werkstücks 19,
so daß das
Material der Wand des rohrförmigen
Werkstücks 19 einem
Druck bzw. einer Kompression unterworfen wird, wenn die Formabschnitte 11 und 12 gegeneinander
schließen.
Während
es vorgesehen ist, bei einigen Formen der vorliegenden Erfindung das
Werkstück 19 einem
Druck bzw. einer Kompression entlang seiner gesamten Länge ausgesetzt
sein kann, ist bei einer bevorzugten Ausführungsform der Umfang des Formenhohlraums 18 kleiner
als das Werkstück 19 entlang
eines Abschnitts oder von Abschnitten der Länge des Werkstücks 19.
Ein derartiger Abschnitt oder derartige Abschnitt kann/können beispielsweise
ein Abschnitt sein mit veränderlicher Querschnittsform
oder gleicher Querschnittsform entlang seiner Länge. Der Abschnitt kann beispielsweise
ein Abschnitt sein, in dem ein oder mehrere Löcher durch die Rohrwand hindurch
ausgebildet sind oder in dem, im Querschnitt gesehen, eine äußere oder
innere Ecke auszubilden ist, vorzugsweise eine Ecke mit eng bemessenem
Radius. Des weiteren kann ein derartiger Abschnitt ein Abschnitt
des Produktes sein, der im Gebrauch einer unüblich starken Belastung ausgesetzt
werden soll oder wo es wünschenswert
ist, ausnehmend gute abmessungsmäßige Stabilität zwischen
aufeinanderfolgend ausgebildeten Produkten zu haben. Beispielsweise
kann ein derartiger Abschnitt oder beispielsweise können derartige
Abschnitte insgesamt etwa 1 bis etwa 50%, vorzugsweise etwa 5 bis
etwa 40% und noch bevorzugter etwa 5 bis etwa 20% der Länge des
rohrförmigen
Produktes einnehmen.
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Das
obige Verfahren liefert mehrere Vorteile. Beispielsweise ist es
bei bekannten Verfahren, bei denen der Umfang des Formenhohlraums 18 Null
bis 5% größer ist
als der Umfang des originalen rohrförmigen Werkstücks 19 schwierig,
das Werk stück 19 mit
scharfen Ecken auszubilden. Wie in etwas vergrößertem Maßstab in einem Eckbereich,
wie in 3 gezeigt, erkennbar ist, ist in Ermangelung eines
Druckformens, das in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird, die schärfste Ecke,
die innerhalb des Formenhohlraums 18 ausgebildet werden
kann, derart, daß der
Krümmungsradius
R wenigstens etwa 1,8 T ist, wobei T die Dicke der Wand des rohrförmigen Werkstücks 19 ist.
Ungeachtet des innerhalb des rohrförmigen Werkstücks 19 ausgeübten Druckes,
gelangt das Material der Rohrwand 19 an den Seitenwänden des Formenhohlraums 18 an
beiden Seiten der Ecke in Eingriff und eine Ecke mit scharfem Radius
ist nicht erzielbar. Mit der vorliegenden Erfindung, bei welcher die
Wand 19 druck- bzw. kompressivgeformt ist, sind wesentlich
schärfere
Ecken erzielbar, beispielsweise im Bereich von etwa 2,5 bis 0,5
T, bevorzugter mit weniger als etwa 2,0 T und noch bevorzugter mit
weniger als etwa 1,7 T und am aller bevorzugtesten mit weniger als
etwa 1,5 T. Die scharfen Ecken liefern wesentliche Vorteile, wie
beispielsweise eine erhöhte Festigkeit
bzw. Steifigkeit des fertigen Teils und erlauben eine größere Freiheit
bei der Auswahl des Designs des fertigen Teils und ermöglichen,
daß die Form
maßgeschneidert
wird, um speziellen Anwendungen gerecht zu werden.
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Des
weiteren ist eine stark verbesserte abmessungsmäßige Stabilität erzielbar,
d.h. daß Teile, die
in aufeinanderfolgenden Hydroformprozessen in der gleichen Form
hergestellt sind, dazu neigen, ähnliche
oder identische Abmessungen aufzuweisen, so daß die Wiederholbarkeit in Bezug
auf die Abmessungen von Teil zu Teil verbessert ist und die Streckgrenze
des fertigen Teils kann erhöht
werden, verglichen mit gleichen Teilen, die nicht kompressiv geformt
wurden.
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Ein
weiterer wesentlicher Vorteil des Druck- bzw. kompressiven Formgebungsverfahrens
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß es die Ausbildung von Löchern durch
die Wand des rohrförmigen
Werkstücks 19 vereinfacht, zumindest
in einem Abschnitt des Werkstücks,
der druckgeformt ist. In wünschenswerter
Weise werden Löcher
durch die Seitenwand des Werkstücks
hindurch gebildet, während
es innerlich unter Druck gesetzt ist innerhalb des geschlossenen
Formenhohlraums, wie dies beispielsweise in 5 erkennbar ist. Üblicherweise
sind Dorne 22 in der Struktur der Formabschnitte 11 und 12 beinhaltet.
Die Dorne nehmen Bohrungen oder Durchgänge 23 ein, die mit dem
Formenhohlraum 18 kommunizieren und sind normalerweise
im allgemeinen quer zu der longitudinalen Rohrachse angeordnet.
Die Dorne bewegen sich in diesen Bohrungen hin und her unter Steuerung über eine
Dornantriebseinrichtung, beispielsweise durch Zylinder- und Kolbeanordnungen 24,
die auf oder angrenzend an den Formabschnitten 11 und 12 montiert
sind, so daß ein
Dorn 22, beispielsweise wie in 5 erkennbar,
so vorwärts
bewegt werden kann, daß er
sich in den Formenhohlraum 18 erstreckt und die Seitenwand
des rohrförmigen
Werkstücks 19 durchstößt und davon
ein Rohrstück 26 ausschneidet
bzw. ausschert, und eine Öffnung 27 in der
Seitenwand des Werkstücks 19 erzeugt.
Die Schritte bzw. Verfahren und Vorrichtungen, die verwendet werden
zum Ausschlagen von Öffnungen
in dem rohrförmigen
Werkstück,
sind als solches für den
Durchschnittsfachmann wohl bekannt und müssen hier nicht im Detail beschrieben
werden. Beispiele für
Vorrichtungen und Ausschlagvorgänge
sind beispielsweise beschrieben in dem US-Patent 4,989,482 und der
Patentanmeldung mit der Seriennummer 09/361,764, wie oben erwähnt.
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Um
Bauteile aufzunehmen, die in Zusammenhang mit dem fertigen, rohrförmigen Teil
in einem Automobil oder anderem Rahmen verwendet werden, ist es
oftmals wünschenswert,
relativ breite Öffnungen
in der Wand des rohrförmigen
Werkstücks 19 vorzusehen,
und demgemäß, relativ
breite Dorne zu verwenden, um die Öffnungen auszubilden. Ist der Dorn
relativ breit, beispielsweise wenn er einen beachtlichen Prozentsatz
der Querschnittsbreite des fertigen Teils ausmacht, so schwächt das
durch den Dorn ausgebildete Loch das Teil. Das Teil kann dann dazu
neigen, sich unter dem innen herrschenden Druck zu deformieren oder
zu erweitern, mit der Folge, daß der
Kontakt zwischen dem Rand des Lochs und der Seite des Dorns verlorengeht.
Dies führt
zu einem Lecken von Fluid aus dem Inneren des Werkstücks 19,
derart, daß ein
Druckabbau innerhalb des Werkstücks 19 stattfindet.
Diesen Problemen des Druckabbaus begegnet man wohl im größeren Ausmaß, wenn
die Breite des Dorns und folglich des dabei gebildeten Lochs mehr
als etwa 15% der Querschnittsbreite des fertigen Teils, gemessen
in Richtung transversal zu dem ausgeschlagenen Loch, ausmacht und
sie sind noch akuter, wenn diese Breite mehr als etwa 25% oder insbesondere
mehr als etwa 50% der Querschnittsbreite ausmacht. Die Breite kann
beispielsweise etwa 95% der Querschnittsbreite sein, üblicherweise
nicht mehr als etwa 90% der Querschnittsbreite. Ein Druckverlust
innerhalb des rohrförmigen
Werkstücks 19 führt zu Schwierigkeiten
bei der Bearbeitung des Werkstücks 19.
Beispielsweise hängt üblicherweise
ein erfolgreiches Durchschlagen von der Aufrechterhaltung der Druckbeaufschlagung
innerhalb des rohrförmigen
Teils ab. Häufig
wird eine Form mit mehreren Dornen ausgestattet sein, da es oftmals
wünschenswert
ist, mehrere Löcher
in jedem hydrogeformten Teil auszubilden. Aus verschiedensten Gründen arbeiten
die Dorne üblicherweise
nicht genau gleichzeitig. Beispielsweise können die den Antrieb der Dorne
bewerkstelligenden Zylinder von unterschiedlichen Größen sein und
es können
Unterschiede in den Längen
der Leitungen bestehen, welche die Impulse für den Betriebsdruck von dem
Generator für
den Druck zu den verschiedenen Druckzylindern führen. Falls der Betrieb eines
Dorns zu einem Druckverlust führt,
kann ein Dorn, der sich später
in Richtung des Teils erstreckt, nur einen nicht-perfekten Durchstoß erzielen oder
kann überhaupt
kein Loch herausstoßen,
da kein Fluiddruck innerhalb des Teils mehr herrscht, um die Wand
des Werkstücks
nach außen
gedrückt
zu halten und den Dorn dazu zu veranlassen, durch die nach außen gedrückte Wand
kräuselnd
zu scheren. Bei der vorliegenden Erfindung, bei welcher die Seitenwand
des rohrförmigen
Werkstücks 19 mittels Druck
bzw. kompressiv ausgebildet ist, wurde im Bereich des Druckformens
herausgefunden, daß ein Lecken
und ein Druckverlust wesentlich reduziert oder insgesamt ausgeschaltet
ist, selbst wenn Dorne mit relativ großen Breitenabmessungen, wie
jene, die oben erwähnt
sind, verwendet werden. Es wurde herausgefunden, daß die Druckformung
dazu führt,
das Material der Rohrwand gegen die Seite des Dorns während des
Durchstoßens
der Wand des Werkstücks
drückt
und ein Lecken ausschaltet oder ein Lecken reduziert in einem derartigen
Ausmaß,
daß die
Zufuhr an unter Druck stehender Flüssigkeit, welche den Druck
in dem Rohr aufrechterhält,
fähig ist, die
Flüssigkeit
wieder nachzufüllen,
so daß ein
unwesentlicher Druckverlust vorliegt.
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Bei
der bevorzugten Ausführungsform
und unter Durchführung
des vorliegenden Verfahrens, sollte in dem Fall, daß die Abmessungen
des Werkstücks
den Herstellungstoleranzen unterliegen, Aufmerksamkeit den Herstellungstoleranzen
des Ausgangsmaterials geschenkt werden. Das heißt, daß der innere Umfang des Formenhohlraums 18 derart bemessen
sein sollte, daß der
gewünschte
Druck bzw. die Kompression erreicht wird, selbst wenn der tatsächliche äußere Umfang
des Ausgangsmaterialrohlings 19 kleiner als nominal ist
und die minimale Herstelltoleranz hat. Üblicherweise sind diese Toleranzen
jedoch relativ gering. In der vorliegenden Beschreibung und in den
beigefügten
Ansprüchen
ist unter "der äußere Umfang" eines Werkstücks der äußere Umfang
bzw. die äußere Peripherie
des Werkstücks
gemeint unter Berücksichtigung
der minimalen Herstelltoleranzen, d.h. die kleinste Größe, die
im Bereich von Größen existiert,
die durch die Herstelltoleranzen definiert sind. Um ein konkretes
Beispiel zu nennen und zur Vermeidung von Zweifeln, kann ein Hersteller
ein Rohr mit einem im wesentlichen perfekten kreisförmigen Querschnitt
vorsehen, mit einem Durchmesser von 150,8 mm (2000 inch) (plus oder
minus) 0,127 mm (5 Tausendstel inch). Der maximale Durchmesser ist
50,927 mm (2,005 inch) und der minimale beträgt 50,673 mm (1,995 inch).
Durch Multiplizieren des numerischen Werts des griechischen Buchstabens
pi, wird der maximale Umfang berechnet mit 160,00 mm (6,300 inch)
und der minimale zu 159,2 mm (6,268 inch). In einem derartigen Fall
wird der "äußere Umfang" dieses Werkstücks mit 159,20
mm (6,28 inch) gesehen, und der innere Umfang des Formenhohlraums 18 wird
kleiner hergestellt als 159,2 mm (6,268 inch).
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Es
sei festgehalten, daß bei
bekannten Verfahren der Umfang des Formenhohlraums mindestens so
groß war
wie das Werkstück
unter Berücksichtigung
der maximalen Herstelltoleranzen.
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Nach
dem Verfahren der vorliegenden Erfindung ist der innere Umfang des
Formenhohlraums 18 vorzugsweise wenigstens etwa 0,1% kleiner
als der äußere Umfang
des Werkstücks
(alle Prozentzahlen, wenn nicht anders angegeben, beruhen auf dem äußeren Umfang
des Werkstücks).
Falls die Differenz zwischen dem inneren Umfang des Formenhohlraums
und dem äußeren Umfang
des Werkstücks kleiner
ist als etwa 0,1%, wurde herausgefunden, daß eine nicht-ausreichende Druckkraft
auf das rohrförmige
Werkstück
ausgeübt
wird, mit dem Ergebnis, daß es
schwer oder unmöglich
sein kann, Ecken mit scharfem Radius an dem Werkstück vorzusehen oder
ein wesentliches Lecken von Flüssigkeit
aus dem Inneren des Werkstücks
zu reduzieren oder zu vermeiden, wenn Löcher darin hinein geschlagen sind
und ein gewünschter
Grad an abmessungsmäßiger Stabilität oder ein
gewünschter
Grad erhöhter Streckgrenze
kann nicht erreicht werden. Vorzugsweise ist der innere Umfang des
Formenhohlraums nicht mehr als etwa 10% kleiner als der äußere Umfang
des Werkstücks.
Die Verwendung von Formenhohlräumen,
die mehr als etwa 10% kleiner als der äußere Umfang des Werkstücks sind,
scheint keine besseren Resultate zu erzielen und kann dazu führen, daß das Werkstück zerquetscht
wird und Falten bzw. Beulen in ihm, parallel zur Mittellinie des
Rohres, erzeugt werden.
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Bevorzugter,
ist der innere Umfang des Formenhohlraums 18 bis zu etwa
5% kleiner, noch bevorzugter bis zu etwa 3% kleiner als der äußere Umfang
des Werkstücks
und am bevorzugtesten etwa 0,1% bis 1% kleiner als der äußere Umfang
des Werkstücks.
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Um
einen Druck bzw. eine Kompression und einen Formschluß zu erzielen,
kann es erforderlich sein, daß die
Schließkräfte der
Presse ein wenig größer sein
müssen,
als jene, die üblicherweise
in der Presse Anwendung finden, um ein Schließen der Presse zu bewirken.
Die erforderlichen Kräfte
können
leicht in jedem Falle durch einfaches Ausprobieren und Experiment
bestimmt werden.
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Während die
obige, detaillierte Beschreibung in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen eine
genügende
Information liefert, um es dem Durchschnittsfachmann zu ermöglichen,
das vorliegende Verfahren durchzuführen, wird zur Beseitigung
von Zweifeln, ein detailliertes Beispiel geliefert:
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Beispiel
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Ein
HSLA 345 MPA-Stahlrohr mit einer nominalen Wanddicke von 1,5 mm
und einem nominalen Durchmesser von 50,8 mm (Herstellungstoleranz plus
oder minus 0,15 mm (0,006 inch) wird einem Druck bzw. kompressiven
Hydroformen unterworfen in der oben im Detail in Verbindung mit
den 1, 2 und 4 beschriebenen
Weise.
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Im
Verlaufe des Hydroformens, wird das Rohr mit einem Vordruck beaufschlagt,
der einen Innendruck von 7 MPA liefert.
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Der
innere Umfang des Formenhohlraums 18 ist 158,0 mm (0,7%
kleiner als der äußere Umfang des
Werkstücks).
Nach dem Schließen
der Form, wurde der Innendruck auf 42 MPA erhöht.
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Der
Formenhohlraum 18 wies eine scharfe Ecke auf und das Werkstück ist mit
einer scharfen Ecke versehen, die einen Radius von 0,3 mm hat (2T, wobei
T die Dicke der Wand des Werkstücks
ist).