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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Herstellen
eines Hohlkörpers, der
wenigstens eine einstöckig
daran ausgeb ildete und mit wenigstens einem Loch versehene
Lasche aufweist.
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Aus
der
DE 197 00 180
C2 ist ein Verfahren der eingangs genannten Art bekannt,
bei dem ein Hohlkörper-Rohling
in ein Umformwerkzeug eingelegt wird und darin nach dem Innenhochdruck-Umformverfahren
in einen Hohlkörper
umgeformt wird. Beim bekannten Verfahren wird der Hohlkörper nach dem
Umformvorgang aus dem Umformwerkzeug entnommen und anschließend mit
Löchern
versehen und gegebenenfalls mit Anschlussstücken ausgestattet. Zur Herstellung
des Hohlkörpers
muss dieser demnach aus dem Umformwerkzeug entnommen werden und
beispielsweise einer Lochvorrichtung zugeführt werden, um die gewünschten
Löcher
auszubilden. Für
Großserienprodukte
ist dies relativ aufwändig.
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Aus
der
DE 101 62 391
A1 , der
DE
102 37 422 C1 und der
DE 100 29 467 C1 sind Verfahren und Vorrichtungen
bekannt, die es ermöglichen,
in einer Wandung eines Hohlkörpers
eine Lasche freizuschneiden und gegenüber der Wandung so umzubiegen,
dass sie anschließend
in das Innere des Hohlkörpers
hineinragt. Dabei wird ein geeigneter Schneidstempel von außen durch
die Wandung des Hohlkörpers
gepresst, wobei zum einen die Lasche freigeschnitten und zum anderen
nach innen umgebogen wird.
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Aus
der
DE 198 05 275
A1 und der
DE
196 47 962 C1 sind Verfahren und Vorrichtungen bekannt,
mit deren Hilfe in einer Wandung eines Hohlkörpers ein Loch eingebracht
werden kann. Hierzu wird ein geeigneter Lochstempel senkrecht zur
Wandung verstellt, um einen Lochbutzen an einer geeigneten Schneidkante
abzuscheren.
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Die
vorliegende Erfindung beschäftigt
sich mit dem Problem, für
die Herstellung eines Hohlkörpers,
der wenigstens eine einstückig
daran ausgebildete und mit wenigstens einem Loch versehene Lasche
aufweist, einen besonders preiswerten Weg aufzuzeigen, der sich
in besonderer Weise für
eine Massenproduktion eignet.
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Erfindungsgemäß wird dieses
Problem durch die Gegenstände
der unabhängigen
Ansprüche
gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen
sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Die
Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, einen nach dem Innenhochdruck-Umformverfahren
hergestellten Hohlkörper
noch im Umformwerkzeug mit einem Loch zu versehen und um das Loch
herum eine Lasche freizuschneiden. Der anschließend aus dem Umformwerkzeug
entnehmbare Hohlkörper
ist dann mit der gewünschten,
das Loch enthaltenden Lasche einstückig ausgebildet. Wesentlich
ist dabei, dass das Umformen, das Lochen und das Freischneiden in
ein und demselben Umformwerkzeug, also ohne Werkzeugwechsel durchgeführt werden
können,
wodurch die Taktzeiten zur Herstellung des Hohlkörpers besonders klein gewählt werden
können.
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Bei
einer zweckmäßigen Weiterbildung
kann die Lasche vor dem Herausnehmen des Hohlkörpers außerdem umgebogen werden, wodurch
ein weiterer Herstellungsschritt in das Umformwerkzeug integriert wird.
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Von
besonderer Bedeutung ist eine Ausführungsform, bei welcher der
Lochstempel im Schneidstempel hubverstellbar gelagert ist. Bei einer
derartigen Ausführungsform
kann die Relativlage des Lochs bezüglich der Lasche relativ- genau
vorgegeben werden und mit einer hohen Reproduzierbarkeit eingehalten
werden. Des Weiteren besitzt das Umformwerkzeug dadurch einen vergleichsweise
preiswerten Aufbau, da auf diese Weise der Lochstempel quasi in
den Schneidstempel integriert ist.
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Weitere
wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen, aus
den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand
der Zeichnungen.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale
nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in
anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne
den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird in der
nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert, wobei
sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder funktional gleiche oder ähnliche
Bauteile beziehen.
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Es
zeigen, jeweils schematisch,
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1 einen Längsschnitt
durch einen Teilbereich einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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2 eine Ansicht wie in 1, jedoch bei einer anderen
Ausführungsform,
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3 bis 6 Ansichten wie in den 1 und 2 bei
einer vereinfachten Darstellung und bei unterschiedlichen Fertigungsphasen,
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7 einen Längsschnitt
durch einen mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellten
Hohlkörper.
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Entsprechend 1 umfasst eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 ein
Umformwerkzeug 2, in das ein Hohlkörper-Rohling 3 einlegbar
ist. Das Umformwerkzeug 2 besitzt eine dem Rohling 3 zugewandte
Innenkontur 4, gegen die der Rohling 3 bei der
Durchführung
eines Innenhochdruck-Umformvorgangs mit seiner Wandung 5 formgebend
angepresst wird, um daraus einen Hohlkörper 6 zu formen.
In den 1 und 2 besitzt der Hohlkörper 6 noch
die Kontur des Rohlings 3, so dass dort die dem Hohlkörper 6 zugeordnete
Bezugslinie unterbrochen und die dem Rohling 3 zugeordnete
Bezugslinie durchgezogen dargestellt ist. Im Unterschied dazu zeigen
die 3 bis 7 den Hohlkörper 6 nach
dem Innenhochdruck-Umformen, was in diesen 3 bis 7 dadurch angedeutet
wird, dass die dem Rohling 3 zugeordnete Bezugslinie unterbrochen
ist, während
die dem Hohlkörper 6 zugeordnete
Bezugslinie durchgezogen ist.
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Das
Umformwerkzeug 2 besitzt in dem hier dargestellten Abschnitt
einen Lochstempel 7, der bezüglich des Hohlkörpers 6 hubverstellbar
ist. Des Weiteren ist das Umformwerkzeug mit einem Schneidstempel 8 ausgestattet,
der ebenfalls bezüglich
des Hohlkörpers 6 hubverstellbar
ist. Das Umformwerkzeug 2 besitzt hier eine weitere Besonderheit,
da der Lochstempel 7 koaxial im Schneidstempel 8 hubverstellbar
angeordnet ist. Während
also der Lochstempel 7 im Inneren des hohl ausgebildeten
Schneidstempels 8 untergebracht ist, ist der Schneidstempel 8 seinerseits
in einer entsprechenden Aufnahme 9 untergebracht, die im
Umformwerkzeug 2 ausgebildet ist und zum Hohlkörper 6 hin
offen ist. Zweckmäßig ist
bezüglich
der Hubrichtung des Schneidstempels 8 radial zwischen dem Schneidstempel 8 und
der Aufnahme 9 eine radial wirkende Außendichtung 10 angeordnet,
die in einer entsprechenden, nicht näher bezeichneten Aufnahmenut
untergebracht sein kann. Des Weiteren kann bezüglich der Hubrichtung des Lochstempels 7 radial zwischen
Lochstempel 7 und Schneidstempel 8 eine radial
wirkende Innendichtung 11 vorgesehen sein, die hierzu in
einer entsprechenden, nicht näher
bezeichneten Nut untergebracht sein kann.
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Für den Innenhochdruck-Umformvorgang befinden
sich die Stempel 7 und 8 im wesentlichen in der
in den 1 und 2 gezeigten Ausgangsstellung, in
welche eine dem Hohlkörper 6 zugewandte
Stirnseite 12 des. Lochstempels 7 sowie eine dem
Hohlkörper 6 zugewandte,
ringförmige
Stirnseite 13 des Schneidstempels 8 im wesentlichen
in die Innenkontur 4 des Umformwerkzeugs 2 integriert
sind.
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Bei
der hier gezeigten, bevorzugten Ausführungsform besitzt der Lochstempel 7 eine
Schneidkante 14, die bei in den Schneidstempel 8 eingefahrenem
Lochstempel 7, also bei im wesentlichen fluchtender Anordnung
der axialen Stirnseiten 12 und 13 deaktiviert
ist. Durch Ausfahren des Lochstempels 7 aus dem Schneidstempel 8 in
Richtung auf den Hohlkörper 6 wird
diese Schneidkante 14 aktiviert.
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In
entsprechender Weise ist bei der hier ausgestatteten Ausführungsform
das Werkzeug 2 mit einer weiteren Schneidkante 15 ausgestattet,
die am Übergang
der Innenkontur 4 zur Aufnahme 9 ausgebildet ist.
Bei bis zur Innenkontur 4 verstelltem Schneidstempel 8 fluchtet
die Stirnseite 13 des Schneidstempels 8 mit der
formgebenden Innenkontur 4, wodurch die Schneidkante 15 deaktiviert
ist. Durch Zurückfahren
des Schneidstempels 8, also durch ein Entfernen des Schneidstempels
4 vom Hohlkörper 6 wird
diese Schneidkante 15 aktiviert.
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Während die
Schneidkante 14 des Lochstempels 7 die Stirnseite 12 des
Lochstempels 7 vollständig
umschließt,
umschließt
die dem Schneidstempel 8 zugeordnete Schneidkante 15 dessen
axiale Stirnseite 13 nicht vollständig, so dass ein Randbereich 16 der
Aufnahme 9 keine Schneidkante 15 aufweist. In 2 ist dieser Zusammenhang
deutlicher erkennbar, da dort der genannte Randbereich 16 mit
einer Abrundung versehen ist, was das Fehlen der Schneidkante 15 verdeutlicht.
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Die
Ausführungsform
gemäß 2 unterscheidet sich außerdem von
derjenigen nach 1 durch
eine unterschiedliche Anordnung der Dichtungen 10 und 11.
Während
bei der Variante gemäß 1 die Dichtungen 10 und 11 quasi
in einer Ebene liegen, sind die Dichtungen 10 und 11 bei
der Variante gemäß 2 in unterschiedlichen Ebenen
angeordnet, die bezüglich
der Hubrichtung der Stempel 7, 8 voneinander beabstandet
sind. Beispielsweise ist hier die Innendichtung 11 näher am Hohlkörper 6 angeordnet
als die Außendichtung 10.
Bei dieser Bauweise können
die Stempel 7, 8 quer zu ihrer Hubrichtung kleiner
dimensioniert werden.
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Zur
vereinfachten Darstellung sind in den 3 bis 6 die Dichtungen 10 und 11 weggelassen, wobei
klar ist, dass sowohl die Konfiguration gemäß 1 als auch die Konfiguration gemäß 2 oder eine beliebige andere,
geeignete Konfiguration für die
Anordnung dieser oder anderer Dichtungen 10, 11 vorgesehen
sein kann.
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In
den 5 und 6 ist außerdem eine spezielle Weiterbildung
des Umformwerkzeugs 2 dargestellt, bei welcher das Umformwerkzeug
zusätzlich mit
einem Biegestempel 17 ausgestattet ist, der relativ zum
Hohlkörper 6,
und zwar parallel zu dessen Längsachse 18 verstellbar
am Umformwerkzeug 2 angebracht ist. Der Biegestempel 17 bildet
dabei einen Bestandteil der Aufnahme 9 und kann insbesondere
auch einen Teil der Schneidkante 15 aufweisen. Des Weiteren
bildet der Biegestempel 17 bei der hier gezeigten Ausführungsform
einen Teil der Innenkontur 4 des Umformwerkzeugs 2.
Dieser Biegetempel 17 kann auch zum Nachprägen der
Lasche 21 genutzt werden.
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Der
Hohlkörper 6 bzw.
sein Rohling 3 kann grundsätzlich aus einem beliebigen,
kalt verformbaren, also insbesondere fließ fähigen Werkstoff bestehen. Bevorzugt
werden jedoch Metalle bzw. Metalllegierungen, um dem Hohlkörper 6 auszubilden.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 arbeitet
wie folgt:
Zunächst
wird der Hohlkörper-Rohling 3 entsprechend
den 1 und 2 in das Umformwerkzeug 2 eingelegt.
Ein Außenquerschnitt
des Rohlings 3 ist dann kleiner als ein Innenquerschnitt
der Innenkontur 4. Mit Hilfe einer hier nicht dargestellten,
dafür geeigneten
Hochdruckeinrichtung kann nun der Rohling 3 mit einem pneumatischen
oder vorzugsweise mit einem hydraulischen Innenhochdruck beaufschlagt werden.
Dieser Druck ist dabei so bemessen, dass er den Rohling 3 aufweitet
und mit dessen Wandung 5 gegen die Innenkontur 4 des
Umformwerkzeugs 2 anpresst. Sobald die Wandung 5 an
sämtlichen
dafür vorgesehenen
formbildenden Zonen der Innenkontur 4 des Umformwerkzeugs 2 anliegt,
ist der Umformvorgang im wesentlichen abgeschlossen und der Hohlkörper 6 liegt
weitgehend vor. Der Rohling ist demnach zum Hohlkörper 6 umgeformt.
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Zumindest
am Ende des Umformvorgangs herrscht im Hohlkörper 6 ein vorbestimmter
Kalibrierdruck.
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Anschließend wird
gemäß 3 mit dem Lochstempel 7 ein
Loch 19 in die Wandung 5 des Hohlkörpers 6 eingebracht.
Zu diesem Zweck wird der Lochstempel 7 relativ zum Hohlkörper 6 so
bewegt, dass er aus dem Schneidstempel 8 ausfährt und
in den Hohlkörper 6 eindringt.
Dabei wird die Schneidkante 14 des Lochstempels 7 aktiviert,
so dass diese einen Lochbutzen 20 aus der Wandung 5 ausschneiden
kann. Bei der hier gezeigten, bevorzugten Ausführungsform ist die Schneidkante 14 des Lochstempels 7 geschlossen
umlaufend ausgestaltet, so dass der Lochbutzen 20 vollständig von
der Wandung 5 getrennt wird. Bei einer anderen Ausführungsform
kann die Schneidkante 14 nicht vollständig umlaufend ausgestaltet
sein, so dass der Lochbutzen 20 einstückig mit einem Wandungsabschnitt verbun den
bleibt, der das Loch 19 umschließt. Der an der Wandung 5 verbleibende
Lochbutzen 20 ist in 3 mit
unterbrochener Linie angedeutet.
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Das
Lochen der Wandung 5 erfolgt zweckmäßig bei anliegendem Innendruck,
insbesondere bei anliegendem Kalibrierdruck, wodurch sich die Steuerung
bzw. Regelung der Vorrichtung 1 vereinfacht.
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Auch
ein reines Anschneiden ist hier möglich. Das System ist dabei
definitiv dicht und der Lochbutzen kann anschließend durch den Querstempel
ausgedrückt
werden.
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Nach
dem Lochen kann gemäß 4 mit Hilfe des Schneidstempels 8 aus
der Wandung 5 eine Lasche 21 freigeschnitten werden.
Das Freischneiden dieser Lasche 21 erfolgt erfindungsgemäß dabei so,
dass die Lasche 21 das Loch 19 enthält. Zu diesem
Zweck wird der Schneidstempel 8 so bewegt, dass er sich
mit seiner Stirnseite 13 vom Hohlkörper 6 entfernt. Hierdurch
wird die dem Schneidstempel 8 zugeordnete Schneidkante 15 aktiviert.
Durch das Wegfahren des Schneidstempels 8 wird ein zur
Ausbildung der Lasche 21 vorgesehener Abschnitt der Wandung 5 nicht
mehr vom Schneidstempel 8 von außen abgestützt. Durch die Beaufschlagung
des Hohlkörpers 6 mit
einem entsprechenden Innendruck wird die Wandung 5 in die
Aufnahme 9 verdrängt,
wobei die dem Schneidstempel 8 zugeordnete Schneidkante 15 die
Lasche 21 freischneidet. Da die Lasche 21 einstöckig mit
der Wandung 5 verbunden bleiben soll, ist die Schneidkante 15 nicht
geschlossen umlaufend ausgebildet. Zweckmäßig erfolgt das Freischneiden
der Lasche 21 beim Kalibrierdruck, wodurch sich die Steuerung bzw.
Regelung der Vorrichtung 1 vereinfacht.
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Durch
die gewählte
Anordnung zwischen Lochstempel 7 und Schneidstempel 8 ergibt
sich beim Freischneiden der Lasche 21 automatisch eine Konfiguration,
bei der die Lasche 21 das Loch 19 umfasst. Dabei
ist gewährleistet,
dass das Loch 19 innerhalb der Lasche 21 bei jedem
mit diesem Werkzeug 2 hergestellten Hohlkörper 6 mit
hoher Genauigkeit dieselbe Relativlage einnimmt.
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Wie
aus 4 entnehmbar ist,
verbleibt der Lochstempel 7 beim Zurückfahren des Schneidstempels 8 in
einer relativ zum Schneidstempel 8 ausgefahrenen Position,
das heißt
der Lochstempel 7 durchdringt während des Freischneidens noch
das Loch 19. Bei dieser Vorgehensweise kann für das Loch 19 eine
erhöhte
Formtreue gewährleistet
und Dichtigkeit des Systems realisiert werden.
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Nach
dem Freischneiden der Lasche 21 kann der Hohlkörper 6 grundsätzlich fertig
gestellt sein und somit grundsätzlich
aus dem Umformwerkzeug 2 entnommen werden.
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Entsprechend
den 5 bis 7 kann bei einer vorteilhaften
Weiterbildung die freigeschnittene Lasche 21 zusätzlich in
eine vorbestimmte Relativlage zum Hohlkörper 6 umgebogen werden.
Dies wird mit Hilfe des Biegestempels 17 erreicht. Zunächst muss hierzu
gemäß 5 der Schneidstempel 8 zusammen
mit dem Lochstempel 7 aus dem Verstellweg des Biegestempels 17 herausbewegt
werden. Gemäß 6 kann anschließend der
Biegestempel 17 parallel zur Längsrichtung 18 des
Hohlkörpers 6 verstellt
werden, wobei er die Lasche 21 gegen einen Wandabschnitt 22 presst,
der in der Aufnahme 9 dem Biegestempel 17 gegenüberliegend
angeordnet ist. Dieser Wandabschnitt 22 dient somit als
formbildendes Widerlager für
den Biegestempel 17. Das Umbiegen mit Hilfe des Biegestempels 17 erfolgt
zweckmäßig bei
entspanntem Hohlkörper 6,
also ohne eine Druckbeaufschlagung des Hohlkörpers 6.
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Nach
dem Umbiegen kann dann der fertig gestellte Hohlkörper 6 entsprechend 7 aus dem Umformwerkzeug 2 entnommen
werden. Bei der hier gezeigten, beispielhaften Ausführungsform
steht die Lasche 21 an der Wandung 5 im wesentlichen
senkrecht vom Hohlkörper 6 nach
außen
ab.
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Bei
den hier gezeigten Ausführungsformen ist
die dem Lochstempel 7 zugeordnete Schneidkante 14 direkt
am Lochstempel 7 ausgebildet. Bei einer anderen Ausführungsform
kann diese Schneidkante 14 auch an einem dem Lochstempel 7 zugewandten Innenrand
des Schneidstempels 8 ausgebildet sein. Diese Schneidkante
kann dann durch eine Hubverstellung des Lochstempels 7 aktiviert
werden, bei welcher sich der Hubstempel 7 vom Hohlkörper 6 entfernt.
Bei dieser Hubverstellung verliert der für die Ausbildung des Lochbutzens 20 vorgesehene Wandabschnitt
seine äußere Abstützung, so
dass durch einen entsprechenden Innendruck, vorzugsweise durch den
Kalibrierdruck, dieser Wandabschnitt nach außen gepresst und an der aktivierten
Schneidkante 14 abgetrennt werden kann.
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Des
Weiteren ist es bei einer anderen Ausführungsform grundsätzlich ebenfalls
möglich,
die dem Schneidstempel 8 zugeordnete Schneidkante 15 nicht
am Umformwerkzeug 2 selbst, sondern am Schneidstempel 8 auszubilden.
Bei einer solchen Ausführungsform
könnte
diese Schneidkante dadurch aktiviert werden, dass der Schneidstempel 8 aus
der Aufnahme 9 in Richtung des Hohlkörpers 6 ausfährt und
dabei mit seiner Schneidkante in die Wandung 5 eindringt
und dort die Lasche 21 freischneidet. Gleichzeitig kann
der Schneidstempel 8 bei entsprechender Gestaltung die
Lasche 21 nach innen umbiegen, so dass diese nach dem Freischneiden
und nach dem Umbiegen von der Wandung 5 nach innen in den
Hohlkörper 6 hineinragt.
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Die
dem Lochstempel 7 zugeordnete Schneidkante 14 kann
dabei in den Schneidstempel 7 integriert sein oder an der
dem Lochstempel 7 zugewandten Innenseite des Schneidstempels 8 in
den Schneidstempel 8 integriert sein. Alternativ kann die Schneidkante 14 auch
an einer Klinge ausgebildet sein, die austauschbar am Lochstempel 7 bzw.
am Schneidstempel 8 angebracht ist. Entsprechendes gilt
dann auch für
die dem Schneidstempel 8 zugeordnete Schneidkante 15,
die entweder integral am Werkzeug 2 oder integral am Schneidstempel 8 aus gebildet
sein kann bzw. alternativ an einer entsprechenden, austauschbaren
Klinge ausgebildet sein kann, die dann am Schneidstempel 8 bzw.
am Umformwerkzeug 2 befestigt ist.
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Bei
einer anderen Ausführungsform
kann auch vorgesehen sein, mit Hilfe des Lochstempels 7 das
Loch 19 zunächst
nur Anzuschneiden, d.h. der Lochbutzen 20 verbleibt umlaufend
geschlossen mit der Wandung 5 des Hohlkörpers 6 verbunden.
Auf diese Weise kann die Dichtigkeit des Hohlkörpers 6 für das nachfolgende
Freischneiden der Lasche 21 gewährleistest werden. Das Austreiben
des Lochbutzens 20 kann anschließend beim Umbiegen der Lasche 19 mit
Hilfe des Biegestempels 17 durchgeführt werden, der zu diesem Zweck
eine entsprechende Formgebung besitzt. In entsprechender Weise ist dann
auch der dem Biegestempel 17 gegenüberliegende Wandabschnitt 22 mit
einer geeigneten Kontur versehen, um das Austreiben des Lochbutzens 20 zu ermöglichen.
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Bei
einer anderen Ausführungsform
kann der Lochstempel 7 in den Biegestempel 17 integriert sein,
so dass mit dem Biegestempel 17 die zunächst ungelochte Lasche 21 umgebogen
und anschließend mit
dem Lochstempel 7 gelocht werden kann. Alternativ kann
der Lochstempel 7 auch in dem Wandabschnitt 22 angeordnet
sein, der dann zum Lochen der Laschen 21 beispielsweise
in eine entsprechende, im Biegestempel 17 stirnseitig ausgebildete
Aufnahme einfährt.