DE10102711B4

DE10102711B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines Hohlkörpers

Info

Publication number: DE10102711B4
Application number: DE2001102711
Authority: DE
Inventors: Reinhard Mauermann; Stephan Dietrich; Fred Jesche; Jirka Heinrich; Hans Bräunlich
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2001-01-22
Filing date: 2001-01-22
Publication date: 2005-09-22
Anticipated expiration: 2021-01-23
Also published as: DE10102711A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Hohlkörpers, wobei eine erste Platine (3) und eine zweite Platine (4), die zueinander ausgerichtet sind, zwischen ein erstes Werkzeugteil (1) und ein zweites Werkzeugteil (2) eingebracht werden, gekennzeichnet durch
a) das Aufbringen eines Druckmediums gegen die Unterseite der zweiten Platine (4) zum gemeinsamen Verformen der ersten und zweiten Platine (3, 4), wodurch die erste Platine (3) die Innenkontur des ersten Werkzeugteils (3) annimmt, und
b) das Einbringen des Druckmediums zwischen die erste und zweite Platine (3, 4), wodurch die zweite Platine (4) die Innenkontur des zweiten Werkzeugteils annimmt und der Hohlkörper gebildet wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 14 zum Herstellen eines Hohlkörpers.

Ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zur Herstellung eines Hohlkörpers ist aus der EP 0 879 657 A2 bekannt, wobei zwei Platinen übereinandergelegt und in einem Innenhochdruckblechumform-Werkzeug zwischen ein Werkzeugoberteil und ein Werkzeugunterteil positioniert werden. Nach dem Schließen der beiden Werkzeugteile wird zwischen die beiden Platinen ein unter hohem Druck stehendes Medium eingepresst, so dass die eine der Platinen die Konturen des Werkzeugoberteils und die andere der Platinen die Konturen des Werkzeugunterteils annehmen und dadurch der Hohlkörper gebildet wird. Hierbei besteht jedoch der Nachteil, daß Hohlkörper, die Konturenelemente aufweisen, die in die Werkzeugtrennebene ragen, nicht in einem Arbeitsschritt hergestellt werden können, ohne daß Beschädigungen an einer Außenfläche einer der Platinen auftreten. Funktionselemente, wie Bolzen, Muttern oder Verstärkungsbleche können erst nach dem Umformvorgang mit dem Hohlkörper verbunden werden.

Aus der DE 34 18 691 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Hohlkörpers mittels Blasumformen, insbesondere zur Anwendung im Prototypenbau oder bei der Kleinserienfertigung bekannt, wobei zwei durch Kleben oder Schweißen flüssigkeitsdicht miteinander verbundene Bleche zwischen ein Oberwerkzeug und ein Unterwerkzeug gebracht und durch eine zwischen diese Bleche eines Druckrohres eingeleitete Druckflüssigkeit gleichzeitig und in einem Umformschritt verformt werden. Die zwischen den Formflächen des Oberwererkzeuges bzw. des Unterwerkzeuges und den Außenseiten der Bleche bestehenden Hohlräume werden beim Umformvorgang mittels eines Entlüftungsrohres bzw. mittels eines im Durchführbereich des Druckflüssigkeitsdurchführrohres bestehenden Spaltes entlüftet.

Aus der DE 23 61 215 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von aus zwei Halbschalen bestehenden Hohlkörpern aus Blech bekannt, wobei ebene oder schalenförmig vorgeformte Blechteile unter Zwischenfügung eines flüssigen oder festen Treibmittels aufein andergelegt, durch Schweißen, Löten oder Kleben luftdicht miteinander verbunden und anschließend durch Erhitzen des Treibmittels (wodurch das flüssige oder feste Treibmittel in einen gasförmigen Zustand überführt wird) aufgebläht werden. Die miteinander verbundenen Blechteile können zum Erhitzen in eine Form eingelegt werden, wobei die Form einer gewünschten äußeren Ausbildung des Hohlkörpers entspricht. Dabei wird ein Treibmittel luftdicht zwischen den Blechen angeordnet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, mit welchem bzw. welcher ein Hohlkörper auf einfache Weise ohne Beeinträchtigung der Oberflächenqualität herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 14 gelöst.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand mehrerer Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:
1 eine Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines Umformwerkzeuges in einem geöffneten Zustand mit ausgerichteter erster und zweiter Platine,
2 eine Schnittansicht des Umformwerkzeuges von 1 im geschlossenen Zustand mit abgesenktem Schieber,
3 eine Schnittansicht des Umformwerkzeuges von 1 in einem Zustand, bei dem beide Platinen gemeinsam verformt sind,
4 eine Schnittansicht des Umformwerkzeuges von 1 in einem Zustand, bei dem der Schieber angehoben ist und Klebestellen zwischen den Platinen fixiert werden,
5 eine Schnittansicht des Umformwerkzeuges von 1 in einem Zustand, bei dem ein Hohlraum zwischen den Platinen gebildet ist,
6 eine Schnittansicht des Umformwerkzeuges von 1 in einem Zustand, in dem ein Stempel innerhalb des Schiebers verschoben ist,
7 eine Schnittansicht eines Einpressbolzens mit einem Verstärkungsblech, das auf der zweiten Platine aufliegt,
8 eine Schnittansicht des Einpressbolzens mit einem Verstärkungsblech nach einem Umformvorgang mit der zweiten Platine, und
9 eine Schnittansicht einer Einpressmutter mit einem Verstärkungsblech nach einem Umformvorgang mit der zweiten Platine.
1 zeigt ein Umormwerkzeug in einem geöffneten Zustand, das aus einem Oberwerkzeug 1 und einem Unterwerkzeug 2 besteht. Das Umformwerkzeug ist ein Werkzeug, das für das Innenhochdruckumformverfahren geeignet ist. Ein eine erste Platine bildendes Außenteil 3 und ein eine zweite Platine bildendes Innenteil 4 sind zueinander ausgerichtet in dem Umformwerkzeug positioniert.
Mit dem Innenteil 4 sind als integrierte Elemente 5a, 5b ein mit einem Verstärkungsblech versehener Einpressbolzen und eine mit einem Verstärkungsblech versehene Einpressmutter verbunden (wird später im Zusammenhang mit den 7 bis 9 beschrieben).
Das Unterwerkzeug 2 besteht aus einer Aufnahme 10 und einem in der Aufnahme 10 beweglichen Schieber 11, der in Richtung zum Oberwerkzeug 1 hin und von diesem wegwärts bewegbar ist. Ein Lochstempel 2b ist beweglich in dem Schieber 11 in der gleichen Bewegungsrichtung wie dieser aufgenommen.
In dem Schieber 11 befinden sich ein erster Zuführkanal 7a und zwei zweite Zuführkanäle 7b zum Zuführen eines Druckmediums, das von einer nicht gezeigten Druckquelle getrennt gespeist wird und in dieser Ausführungsform eine Flüssigkeit ist. Das Druckmedium ist mit einem solchen Druck beaufschlagt, wie zur Ausführung des Innenhochdruckumformens erforderlich ist. Mit dem ersten Zuführkanal 7a ist eine Lanze zum Zuführen des Druckmediums zwischen das Außenteil 3 und das Innenteil 4 vorgesehen. Die Lanze ragt in die Einpressmutter 5b hinein, so daß keine gesonderte Öffnung zum Einbringen des Druckmediums zwischen das Außenteil 3 und das Innenteil 4 erforderlich ist. Die Anzahl der ersten und zweiten Zuführkanäle 7a, 7b ist nicht auf die angegebene Anzahl beschränkt, sondern kann in Abhängigkeit des zu fertigenden Hohlkörpers variieren.
In einem mittleren Bereich des Außenteils 3 und Innenteils 4 ist ein viskoser Klebstoff 6a (elastisch, viskoser Klebstoff, der unter Last fließt und sich ohne Versagen plastisch verformen läßt und der hohe Vibrationsdämpfung mit geringer Festigkeit (Knautschverhalten einer Mortorhaube) verbindet) zwischen dem Außenteil 3 und dem Innenteil 4a eingebracht, der eine Dämpfungsfunktion bei dem fertigen Hohlkörper ausübt. In einem Bereich, wo beim fertigen Hohlkörper das Außenteil 3 und das Innenteil 4 aneinander liegen, ist ein Strukturklebstoff 6b zwischen das Außenteil 3 und das Innenteil 4 eingebracht, der nach dem Umformvorgang aushärtet und das Außenteil 3 mit dem Innenteil 4 fest miteinander verbindet. Strukturkleber sind hochfeste Kleber, praktisch ohne wesentliche Elastizität/Viskosität.
Im Bereich des integrierten Elementes 5a ist im Schieber 11 des Unterwerkzeuges 2 eine Vertiefung 12 vorhanden, die beim Umformvorgang das mit dem Innenteil 4 verbundene integrierte Element 5a aufnimmt.
Wie weiterhin in 1 zu sehen ist, ist der Schieber 11 in einem abgesenkten Zustand befindlich, so daß die Oberfächen des Außenteils 3 und des Innenteils 4 beim Einlegen dieser in das Umformwerkzeug nicht beschädigt werden.
Im Oberwerkzeug 1 ist ein Wegmessgeber 8 an einem Bereich der Formhöhlung angeordnet, dessen Funktion später erläutert wird.
2 zeigt das Umformwerkzeug in einem geschlossenen Zustand, wobei ein Randbereich des Oberwerkzeuges 1 auf dem Unterwerkzeug 2 ruht. In diesem Randbereich wird das Außenteil 3 gemeinsam mit dem Innenteil 4 gebogen, so daß diese einen festen Sitz während des Umformvorganges in dem Umformwerkzeug haben. Der Schieber 11 befindet sich noch im abgesenkten Zustand, so daß auch im geschlossenen Zustand des Umformwerkzeuges eine Schädigung der Oberflächen des Außenteils 3 und Innenteils 4 vermieden wird.
Durch Einführen des Druckmediums durch die zweiten Zuführkanäle 7b, das zwischen das Unterwerkzeug 2 und das Innenteil 4 geleitet wird, verformen sich das Außenteil 3 und das Innenteil 4 gemeinsam, wobei das Außenteil 3 die Innenkontur des Oberwerkzeuges 1 annimmt, wie in 3 gezeigt ist.
Über den ersten Zuführkanal 7a und die Lanze wird über die Einpressmutter im integrierten Element 5b bereits vor der gemeinsamen Verformung des Außenteils 3 und des Innenteils 4 das Druckmedium zwischen das Außenteil 3 und das Innenteil 4 eingeleitet, um zu verhindern, daß sich die integrierten Elemente 5a, 5b oder Teile der Klebstoffe 6a, 6b durchdrücken und Schädigungen an der Oberfläche des Außenteils 3 hervorrufen.
Zur Vermeidung eines zu großen Spaltes zwischen Außenteil 3 und Innenteil 4, was zur Aufhebung des Klebstoffkontaktes führen würde, wird der Druck zwischen dem Außenteil 3 und dem Innenteil 4 gemessen und so geregelt, daß der Abstand zwischen dem Außenteil 3 und dem Innenteil 4 in einem Sollbereich liegt. Der Wegmessgeber 8, dessen Daten in die Abstandsregelung einbezogen werden, mißt dabei die Position des Außenteiles 3 in bezug zum Oberwerkzeug 1.
Wie in 4 gezeigt ist, wird dann das Innenelement 11 des Unterwerkzeuges 2 in Richtung des Oberwerkzeuges 1 verschoben, wobei Teile des Unterwerkzeuges 2, die gegen das Innenteil 3 drücken, die Klebespalte des viskosen Klebers 6a definieren und eine Fixierumg desselben vornehmen.
Durch den ersten Zuführkanal 7a und die Lanze wird zwischen das Außenteil 3 und das Innenteil 4 das Druckmedium eingeleitet, wodurch ein Hohlraum zwischen dem Außenteil 3 und dem Innenteil 4 gebildet wird, so daß ein Hohlkörper gebildet wird (5). Die Vertiefung 12 dient dabei zur Aufnahme der integrierten Elemente 5a, 5b.
Wie in 6 gezeigt ist, wird der Stempel 2b in Richtung des Oberwerkzeuges 1 verschoben, um einen Durchbruch im Innenteil 4 zu formen. Obwohl nicht im einzelnen gezeigt, können auch weitere Lochstempel verschiebbar in dem Unterwerkzeug 2 angeordnet sein. Alternativ oder ergänzend dazu sind in einer Modifikation der gezeigten Ausführungsform Lochstempel im Oberwerkzeug 1 verschiebbar angeordnet.
7 zeigt das integrierte Element 5a, welches aus einem Verstärkungsblech und einem Einpressbolzen besteht, und welches in das Innenteil 4 eingesetzt ist. Die Befestigung von Einpressbolzen und Verstärkungsblech im Innenteil 4 erfolgt mittels des Strukturklebers 6b. Andere Befestigungsverfahren, wie z.B. Schweißen, Löten, mechanisches Fügen oder Bördeln zur Befestigung der integrierten Elemente 5a, 5b mit dem Innenteil 4 sind möglich.
8 zeigt das integrierte Element 5a, bestehen aus Einpressbolzen mit Verstärkungsblech nach einem Umformvorgang, der solcherart erfolgte, daß der Einpreßbolzen und das mit diesem verbundene Verstärkungsblech eine ebene Fläche mit der oberen Seite des Innenteils 4 bilden, damit beim Umformvorgang des Außenteils 3 mit dem Innenteil 4 diese eben aufeinanderliegen können.
Der Strukturklebstoff 6b ist so beschaffen, dass er in dem Zustand, wo das integrierte Element 5a auf das Innenteil 4 aufgesetzt ist, in einem gelförmigen Zustand ist, damit er ein Mindestmaß an Festigkeit zum Halten des Verstärkungsbleches auf dem Innenteil 4 besitzt, aber genügend Viskosität während des Umformvorganges besitzt.
9 zeigt das integrierte Element 5b, bestehen aus einem Verstärkungsblech und einer Einpressmutter, welches in gleicher Weise mit dem Innenteil 4 verbunden und umgeformt ist, wie das integrierte Element 5a.
Der fertige Hohlkörper ist z.B. eine Motorhaube, eine Kofferraumklappe oder eine Tür eines Kraftfahrzeuges.

1: Oberwerkzeug
2: Unterwerkzeug
2a: Wirkmedienzuführung
2b: Lochstempel
3: Platine Außenteil
4: Platine Innenteil
5a: integriertes Element aus Einpressbolzen und Verstärkungsblech
5b: integriertes Element aus Einpressmutter und Verstärkungsblech
6a: Strukturklebstoff
6b: viskoser Klebstoff
7a: Innenlanze für die Zuführung des Hochdruckfluides von innen
7b: Zuführkanäle für das Hochdruckfluid von außen
8: Wegmessgeber

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Hohlkörpers, wobei eine erste Platine (3) und eine zweite Platine (4), die zueinander ausgerichtet sind, zwischen ein erstes Werkzeugteil (1) und ein zweites Werkzeugteil (2) eingebracht werden, gekennzeichnet durch a) das Aufbringen eines Druckmediums gegen die Unterseite der zweiten Platine (4) zum gemeinsamen Verformen der ersten und zweiten Platine (3, 4), wodurch die erste Platine (3) die Innenkontur des ersten Werkzeugteils (3) annimmt, und b) das Einbringen des Druckmediums zwischen die erste und zweite Platine (3, 4), wodurch die zweite Platine (4) die Innenkontur des zweiten Werkzeugteils annimmt und der Hohlkörper gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während des Verfahrensschrittes a) bereits das Druckmedium in kontrollierter Menge zwischen die erste und zweite Platine (3, 4) eingeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Druck des Druckmediums auf einen solchen Wert geregelt ist, daß ein Spalt zwischen der ersten und zweiten Platine (3,4) eine vorbestimmte Breite einnimmt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des Druckmediums zur Regelung der Spaltbreite zwischen der ersten und zweiten Platine mittels eines Drucksensors geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung der Spaltbreite ein Wegmessgeber (8) verwendet wird, der die Position des ersten Platine (3) in Bezug zum ersten Werkzeugteil (1) bestimmt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Werkzeugteil (2) einen Schieber (11) aufweist, der im Verfahrensschritt a) abgesenkt ist und im Verfahrensschritt b) angehoben ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Platine (4) mindestens ein integriertes Element (6b) aufweist, durch welches das Druckmedium im Verfahrensschritt b) zwischen die erste und zweite Platine (3, 4) eingeleitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das integrierte Element geometrisch derart ausgebildet ist, daß beim Druckaufbau ein selbsttätiges Abdichten zwischen dem medienführenden Raum und dem Außenraum erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Verfahrensschritt b) Randbereiche der ersten und zweiten Platine (3, 4) verformt werden und diese Randbereiche als Fixierung der ersten und zweiten Platine (3, 4) bei der Durchführung der Verfahrensschritte a) und b) dienen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in vorbestimmten Bereichen zwischen der ersten und zweiten Platine (3, 4) Klebemittel (6a; 6b) oder Klebestreifen angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Klebemittel einen viskosen Klebstoff (6a) umfaßt, der in einem mittleren Bereich der ersten und zweiten Platine (3, 4) angeordnet ist und im wesentlichen eine Dämpfungsfunktion bei dem fertigen Hohlkörper ausübt, und einen Strukturklebstoff (6b) umfaßt, der nach dem Umformvorgang aushärtet und die erste Platine (3) mit der zweiten Platine (4) und/oder die integrierten Elemente (5a und/oder 5b) und die Platine (4) fest verbindet.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen Verstärkungsblech des integrierten Elementes und Platine (4) durch Bördeln oder Schweißen erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Verfahrensschritt b) ein Stanzverfahren an der ersten und/oder zweiten Platine (3, 4) durchgeführt wird.
Vorrichtung zum Herstellen eines Hohlkörpers, mit mindestens einem ersten Werkzeugteil (1) und einem zweiten Werkzeugteil (2), die zueinander hin und voneinander weg bewegbar sind und jeweils eine Innenkontur aufweisen, die der Form des Hohlkörpers entsprechen und mindestens einem ersten Zuführkanal (7a) zum Zuführen eines Druckmediums zwischen eine erste und eine zweite Platine (3, 4), die zueinander ausgerichtet zwischen dem ersten Werkzeugteil (1) und dem zweiten Werkzeugteil (2) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein zweiter Zuführkanal (7b) zum Zuführen eines Druckmediums an die Unterseite der zweiten Platine (4) angeordnet ist, und daß das zweite Werkzeugteil (2) eine Aufnahme (10) und einen Schieber (11) aufweist, der in der Aufnahme (10) in Richtung des ersten Werkzeugteils (1) zu diesem hin und von diesem weg bewegbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Zuführkanal (7a) und der zweite Zuführkanal (7b) in dem Schieber (11) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Werkzeugteil (2) eine Vertiefung (12) aufweist, die zur Aufnahme der mit der zweiten Platine (4) verbundenen integrierten Elemente (5a und/oder 5b) dient.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß im Schieber (10) ein Stanzwerkzeug (2b) beweglich angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, gekennzeichnet durch einen Wegmessgeber (8), der in dem ersten Werkzeugteil (1) angeordnet ist und eine Position der ersten Platine (3) in Bezug zu dem ersten Werkzeugteil (1) mißt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem ersten Zuführkanal (7a) eine Lanze verbunden ist, die durch eine Bohrung des integrierten Elementes (5b) ragt zur Zuführung des Druckmediums zwischen die erste und zweite Platine (3, 4).