DE19647962C1 - Verfahren und Einrichtung zum Herstellen von Löchern am Umfang eines Hohlprofiles - Google Patents
Verfahren und Einrichtung zum Herstellen von Löchern am Umfang eines HohlprofilesInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Löchern
am Umfang eines Hohlprofiles nach dem Oberbegriff des Patentan
spruches 1 und eine Einrichtung dazu nach dem Oberbegriff des
Patentanspruches 9.
Ein gattungsgemäßes Verfahren bzw. eine gattungsgemäße Einrich
tung ist aus der US 4,989,482 bekannt. Hierbei wird im Anschluß
an einen Umformvorgang mittels Innenhochdruckumformen bei einem
Innendruck im Bereich zwischen etwa 7 bar und 700 bar zur Erzeugung
eines Loches im Umfang des im Umformwerkzeuges noch befindli
chen Hohlprofiles ein Stempel auf die Hohlprofilwandung von au
ßen geführt, welche dort unter der flächigen Beaufschlagung des
Stempels in den Innenraum des Hohlprofiles eingedrückt wird.
Der Stempel weist einen Kanal auf, der seine das Hohlprofil be
aufschlagende mit einer Mulde versehene Stirnseite mit der At
mosphäre verbindet. Dadurch ergibt sich zwischen der Stirnseite
des Stempels im Muldenbereich und dem Hohlprofilinnenraum ein
Druckunterschied, der das Hohlprofil an die die Mulde umgebende
ringförmige Anlagefläche der Stirnseite des Stempels anpreßt.
Bei weiterer Eindrückung der Hohlprofilwandung wird die Dehnfä
higkeitsgrenze des Hohlprofilmaterials erreicht, bei deren
Übersteigen die Hohlprofilwandung um die Beaufschlagungsstelle
des Stempels herum unter Ausbildung eines Lochbutzens reißt.
Aufgrund der unebenen Lochwandung des erzeugten Loches ergibt
sich jedoch keine ausreichende Abdichtung des beim Eindrücken
des Stempels zwischen der Außenseite des Hohlprofiles und der
den Stempel führenden Matrize geschaffenen Raumes sowie der
Stempelführung der Matrize gegenüber dem Innenraum des fluid
druckbeaufschlagten Innenraumes des Hohlprofiles, so daß trotz
der radialen Anlage der Lochwandung am Umfang des Stempels ein
Druckabfall innerhalb des Hohlprofiles erfolgt. Dadurch wird
die Druckdifferenz zwischen Atmosphäre und dem Hohlprofilinnen
raum so gering, daß die Ansaugwirkung des Stempels am Lochbut
zen aufgehoben wird, zumindest jedoch in erheblichem Ausmaß
verringert wird. In erstem Fall löst sich der Lochbutzen vom
Stempel und fällt in den Innenraum des Hohlprofiles hinein. Im
zweiten Fall haftet der Lochbutzen mit nur geringer Kraft an
der Stirnseite des Stempels an. Bei der Rückzugsbewegung des
Stempels gelangt der Lochbutzen wieder in das Loch. Dies ge
lingt jedoch nur zum Teil, da die zum Hohlprofilinnenraum hin
gebogene Lochwandung der durch das Zurückziehen des Stempels
erwirkten Rückführbewegung des Lochbutzens Widerstand entgegen
bringt, wobei aufgrund der oben erwähnten geringen Ansaugkraft
unter Einstellung des Druckausgleiches der Stempel vom Lochbut
zen abhebt. In den meisten Fällen fällt der Lochbutzen sogar -
ohne Halt an der Lochwandung zu finden - in den Hohlprofilin
nenraum hinein. Bleibt andererseits der Lochbutzen im Loch hän
gen, so ist die Klemmwirkung in diesem klein. Entgegen der in
der gattungsbildenden Druckschrift dargelegten Behauptung nach
dem Einklemmen des Lochbutzens sei ein Druckaufbau innerhalb
des Hohlprofiles möglich, wodurch die umgebogene Lochwandung
geebnet wird, was eine zusätzliche Verspannung des Lochbutzens
im Loch nach sich zieht, wird sich ein Überdruck schon deswegen
nicht aufbauen können, weil keine Formentsprechung der Lochwan
dung und des Lochbutzens in dessen in den Hohlprofilinnenraum
hineinstehenden Verklemmlage vorhanden ist. Damit ist eine ge
genüber einem Hochdruck dichtungswirksame Anlage des Lochbut
zens an der Lochwandung ausgeschlossen. Aufgrund von bei der
Entnahme des Hohlprofiles aus dem Innenhochdruck-Umformwerkzeug
auftretenden Vibrationen am Hohlprofil löst sich der Lochbutzen
aus seiner instabilen Verklemmlage und fällt in den Hohlprofil
innenraum hinein. Da der Hohlprofilinnenraum trotz abgeflosse
ner Hochdruckflüssigkeit noch einen Naßfilm aufweist, gleitet
der Lochbutzen bei der Entnahme des Hohlprofiles aus diesem
heraus und in das Umformwerkzeug hinein. Die gesonderte Entnah
me des Lochbutzens aus dem Umformwerkzeug ist sehr aufwendig,
wobei ein "vergessener" im Umformwerkzeug verbleibender Loch
butzen bei nachfolgenden Umformvorgängen zu irreparablen Be
schädigungen des Umformwerkzeuges führt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes
Verfahren und eine gattungsgemäße Einrichtung dahingehend wei
terzubilden, daß der beim Lochen erzeugte Lochbutzen in einfa
cher Weise aus dem Innenhochdruck-Umformwerkzeug entfernt wer
den kann.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patent
anspruches 1 bezüglich des Verfahrens und durch die Merkmale
des Patentanspruches 9 bezüglich der Einrichtung gelöst.
Dank der Erfindung kann der Lochbutzen ohne Zuhilfenahme eines
fluidischen Innenhochdruckes im vorläufig erzeugten Loch derart
verklemmt werden, daß das Hohlprofil dem Innenhochdruck-Umform
werkzeug entnommen werden kann ohne daß dabei der Lochbutzen
aus dem Loch herausfällt. Somit entfällt der Aufwand das Um
formwerkzeug von Lochbutzen zu säubern. Des weiteren erfordert
es keinen Aufbau eines Fluidhochdruckes und den damit zusammen
hängenden apparativen Aufwand, den Lochbutzen in das Loch zu
rückzudrücken, wobei auf hochdruckfeste Abdichtungen verzichtet
werden kann. Aufgrund des fehlenden Überstands des Lochbutzens
im Loch über die Außenseite des Hohlprofiles hinaus läßt sich
das Hohlprofil auch einfach dem Umformwerkzeug entnehmen. Wei
terhin werden die verfahrenstechnischen Schwierigkeiten der
Lochbutzenrückführung hinsichtlich eines Druckabfalles nach dem
Herstellen des Loches umgangen. Die Herauslösung des verklemm
ten Lochbutzens erfolgt nach der Entnahme des Hohlprofiles aus
dem Umformwerkzeug in einfacher Weise, wobei der Lochbutzen
aufgrund der externen Herauslösung keinen Schaden im
Umformwerkzeug anrichten kann; der Entsorgungsaufwand ist gering. Auf
grund der festen Verklemmung des Lochbutzens ist schließlich
ein Lochen unter allen möglichen Winkelstellungen - bezogen auf
die Achsenlage des Hohlprofiles innerhalb des Umformwerkzeuges-
am Umfang des Hohlprofiles möglich ohne daß die Gefahr be
steht, daß nach der Druckentspannung in Folge der Locherzeugung
der Lochbutzen in das Hohlprofil oder bei Entnahme des Hohlpro
files und einem bezüglich des Hohlprofiles von innen nach außen
vorausgegangenen Lochvorgang in das Umformwerkzeug hineinfällt.
Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteran
sprüchen entnommen werden; im übrigen ist die Erfindung anhand
zweier in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele
nachfolgend näher erläutert; dabei zeigt:
Fig. 1 in einem Querschnitt das Innenhochdruck-Umformwerkzeug
der erfindungsgemäßen Einrichtung in drucklosem Zustand vor der
Bearbeitung des in die Gravur des Umformwerkzeuges eingelegten
Hohlprofiles und einem mit einer Ringschneide versehenen, in
das Umformwerkzeug integrierten und in Nichtgebrauchslage
befindlichen Stempel,
Fig. 2 das Umformwerkzeug und den Stempel der Einrichtung aus
Fig. 1 in mit einem Umformdruck beaufschlagendem Zustand des
Umformwerkzeuges,
Fig. 3 das Umformwerkzeug und den Stempel der Einrichtung aus
Fig. 1 in Gebrauchslage des Stempels in mit einem Umformdruck
beaufschlagendem Zustand des Umformwerkzeuges,
Fig. 4 das Umformwerkzeug und den Stempel der Einrichtung aus
Fig. 1 nach der Bearbeitung des Hohlprofiles,
Fig. 5 in einem Querschnitt das Innenhochdruck-Umformwerkzeug
der erfindungsgemäßen Einrichtung in druckbeaufschlagendem Zu
stand mit einem in die Gravur eingelegten Hohlprofil und einen
mit einer ringförmigen prägefähigen Wandung versehenen, in das
Umformwerkzeug integrierten Stempel in seiner Gebrauchslage,
Fig. 6 das Umformwerkzeug und den Stempel aus Fig. 5 in Nicht-
Gebrauchslage des Stempels nach Bearbeitung des Hohlprofiles,
Fig. 7 das Umformwerkzeug und den Stempel aus Fig. 5 in Nicht-
Gebrauchlage des Stempels nach Bearbeitung des Hohlprofiles
beim Verklemmen des Lochbutzens im Loch in drucklosem Zustand
des Umformwerkzeuges,
Fig. 8 das Umformwerkzeug und den Stempel aus Fig. 5 in geöff
netem Zustand des Umformwerkzeuges beim Herausnehmen des fer
tigbearbeiteten Profiles,
Fig. 9 in einem Querschnitt eine Vorrichtung zum Herauslösen
des Lochbutzens nach Entnahme des bearbeiteten Hohlprofiles aus
dem Umformwerkzeug.
In Fig. 1 ist ein zweigeteiltes Innenhochdruck-Umformwerkzeug 1
dargestellt, welches aus einem Oberwerkzeug 2 und einem Unter
werkzeug 3 besteht, die die beiden Hälften des Werkzeuges 1
bilden. Die Teilungsfläche 21 der von Ober- und Unterwerkzeug
2, 3 ist horizontal ausgerichtet. In der vom Ober-und Unterwerk
zeug 2, 3 ausgebildeten Gravur 4 ist ein rohrförmiges Hohlprofil
5 mit kreisrundem Querschnitt eingesetzt. Hierbei sind jedoch
auch andere Querschnittsgeometrien des Hohlprofiles 5 und ent
sprechende Formen der Gravur 4 denkbar. Auch kann das Hohlpro
fil 5 über seine Länge hinweg ein- oder mehrfach gebogen sein.
Unter einem Winkel von etwa 45° zur Hohlprofilachse ist in das
Unterwerkzeug 3 eine feinbearbeitete Führungsbohrung 6 eingear
beitet, die radial zur Gravur 4 ausgerichtet ist und in dieser
ausmündet. In der Führungsbohrung 6 ist ein Schneidestempel 7
verschiebbar geführt. Der Schneidestempel 7 liegt mit nur ge
ringem Spiel an der Wandung der Führungsbohrung 6 an, wobei
diese und/oder der Stempelumfang zur Verminderung von Ver
schleiß und zur Reibungsreduzierung der beiden Reibungspartner
Stempel 7 und Führungsbohrungswandung mit einer Verschleiß
schutzschicht versehen sein kann, die die Gleiteigenschaften
des Stempels 7 in der Führungsbohrung 6 erhöht. Die Führungs
bohrung 6 kann auch unter anderen Winkeln zur Hohlprofilachse
gelegen und muß nicht zwangsweise radial ausgerichtet sein. Die
radiale Ausrichtung ist jedoch für eine einfache Ausbildung des
Stempels 7 bei einem rohrförmigen Hohlprofil 5 günstig.
Der Stempel 7 ist zylindrisch mit kreisrundem Querschnitt aus
gebildet. An seiner der Gravur 4 zugewandten Stirnseite 8 weist
der Stempel 7 eine mit der Außenseite 34 mit dem Umfang des
Stempels 7 fluchtende Ringschneide 9 auf, die in der aus der
Fig. 1 ersichtlichen Nicht-Gebrauchsstellung des Stempels 7 an
der Außenseite 10 des Hohlprofiles 5 durchgängig anliegt und
dabei umlaufend bündig mit der Gravur 4 abschließt. Die Ring
schneide 9 begrenzt eine Mulde 11, deren Grund von der Stirn
seite 8 gebildet wird. Die Mulde 11 und gleichzeitig auch die
Stirnseite 8 ist von ihrer konkaven Form und Tiefe dahingehend
ausgebildet, daß das später vom Stempel 7 beaufschlagte Wan
dungsstück des Hohlprofiles 5 als Lochbutzen 26 nahezu gänzlich
aufgenommen werden kann.
Der Stempel 7 weist eine axiale Bohrung 12 auf, in der ein
stempelartiger Stößel 13 mit geringem Spiel geführt ist. Der
Stößel 13 ist durch einen Haltebolzen 14 gesichert, der in eine
Querbohrung 15 des Stempels 7 eingepreßt ist. Zur Ermöglichung
einer Verschiebung weist der Stößel 13 ein axial verlaufendes
Langloch 16 auf, dessen Enden 17, 18 die Anschläge am Haltebol
zen 14 bilden. Der Stößel 13 ist auf rückwärtiger Seite 19 von
einer Druckfeder 20 abgestützt bzw. wird von dieser zur Gravur
4 hin getrieben. Die Abstützung sowie der Antrieb des Stößels
13 kann jedoch auch hydraulisch, pneumatisch oder durch ein
Schieberglied mechanisch erfolgen. Der Stößel 13 liegt eben
falls mit seiner Stirnseite 35 in Nicht-Gebrauchslage des Stem
pels 7 am Hohlprofil 5 an, wobei das Ende 18 des Langloches 16
am Haltebolzen 14 anliegt. In diesem Stadium herrscht im vor
zugsweise metallischen Hohlprofil 5 ein Druck, der geringer ist
als ein Druck, der das Hohlprofil 5 nach außen aufweiten würde,
bspw. Atmosphärendruck.
Wird der Druck auf einen Umformdruck von etwa 2000 bar erhöht,
beginnt sich das Hohlprofil 5 in die Mulde 11 des noch immer in
Nicht-Gebrauchsstellung befindlichen Stempels 7 aufzuweiten
(Fig. 2). Dabei wird der Stößel 13 zu seinem anderen Anschlag,
also zur Anlage seines Langlochendes 17 am Haltebolzen 14 gegen
die Kraft der Druckfeder 20 verschoben, welche in einen vorge
spannten Zustand übergeht. Der Stößel 13 wirkt hierbei quasi
als Gegenhalter, wie er auch von der Ausbildung von T-Stücken
durch Innenhochdruck-Umformen her bekannt ist. Es bildet sich
eine Beule 22 am Hohlprofil 5 aus, wobei beim Fließen des Hohl
profilmaterials in die Mulde 11 hinein dieses im Randbereich 23
der Führungsbohrung 6 am Übergang zur Gravur 4 durch Ziehen des
Materials über den Führungsbohrungsrand ausgedünnt wird. Die
Stirnseite 35 des Stößels 13 bildet dann in seiner Nicht-Ge
brauchsstellung zusammen mit der Stirnseite 8 des Stempels 7
den Grund der Aufweitmulde 11.
Danach wird der Stempel 7 zur Gravur 4 hin entgegen dem unver
mindert hohen Innenhochdruck mittels einer Hochdruck erzeugende
als Antriebsmittel wirkende Hydraulik verschoben, bis daß die
Ringschneide 9 in die Hohlprofilwandung 24 in Form eines Ein
stechens einschneidet. Das Einschneiden läßt eine Dünnstelle 25
in der Hohlprofilwandung 24 entstehen, wobei gleichzeitig die
Beule 22 des zukünftigen Lochbutzens 26 durch die Stempelbewe
gung etwas in Richtung des Innenraumes 27 des Hohlprofiles 5
zurückgedrängt wird (Fig. 3). Die Erzeugung der Dünnstelle 25
wird durch das vorhergehende Ausdünnen des Hohlprofilmaterials
im Randbereich 23 durch das Aufweiten des Hohlprofils 5 unter
stützt, wobei das Einschneiden dann mit nur geringerer Ein
dringtiefe erfolgen muß als das Einschneiden ohne vorheriges
Ausdünnen. Dabei wird auch die Ringschneide 9 hinsichtlich ih
rer verschleißbedingten Abnutzung etwas geschont. Der Innen
hochdruck vermeidet, daß beim Einstechen des Stempels 7 die
Hohlprofilwandung 24 in dem Bereich, der an das zu erzeugende
Loch 29 seitlich angrenzt, zum Hohlprofilinnenraum 27 hin umge
bogen wird und somit den gleichförmigen Verlauf der Außenseite
10 des Hohlprofiles 5 deformiert.
Nach dem Erzeugen der Dünnstelle 25 wird der Stempel 7 schlag-
bzw. ruckartig in die Nicht-Gebrauchsstellung zurückgezogen,
worauf die Dünnstelle 25 umlaufend reißt. Die Wandstärke der
Dünnstelle 25 ist dabei derart bemessen bzw. derart labil, daß
der Lochbutzen 26 ohne weiteres allein durch die Beaufschlagung
mit dem Innenhochdruck aus der Hohlprofilwandung 24 herausge
rissen wird. Aufgrund des sauberen Schnittes durch die Ring
schneide 9 ist die Wandung 28 des erzeugten Loches 29 am Ab
schluß zur Außenseite 10 des Hohlprofiles 5 hin eben und
scharfkantig. Die Außenseite 10 bleibt durch den bis zur Loch
bildung stetigen Andruck des Innenhochdruckes an die Gravur 4
auch im Bereich der Lochwandung 28 unverformt, so daß der Form
verlauf des Hohlprofiles 5 nach der Lochung gewahrt bleibt.
Durch das ruckartige Zurückfahren des Stempels 7 wird in vor
teilhafterweise die Massenträgheit des noch in der Hohlprofil
wandung 24 befindlichen Lochbutzens 26 und der kurzeitig zwi
schen der Außenseite 10 des Hohlprofiles 5 und dem Stempel 7
entstehende Unterdruck zum Reißen ausgenutzt, so daß durch die
dabei erreichte Erhöhung der Druckdifferenz zwischen dem Hohl
profilinnenraum 27 und dem von der Außenseite 10 des Hohlprofi
les 5 und dem Stempel 7 gebildete Raum der Lochbutzen 26 eben
falls schlagartig - ohne Kontakt zum Stempel 7 zu besitzen -
noch leichter aus der Hohlprofilwandung 24 herausgerissen wird.
Beim Erzeugen mehrerer Löcher 29 durch Heraustrennen von Loch
butzen 26 von innen nach außen tritt im allgemeinen das bekann
te Problem auf, daß beim Heraustrennen eines ersten Lochbutzens
26 aufgrund der nach außen nicht erreichbaren völligen Abdich
tung gegenüber dem Hochdruck ein starker Druckabfall entsteht,
worauf die Folgelöcher nicht oder nur unzureichend mit unmaß
haltigen Lochmaßen und Verformungen des Hohlprofiles 5 im Rand
bereich des Loches 29 in der Art von plastischen Eindrückungen
erzeugt werden können. Insbesondere tritt dies dann auf, wenn
die zu erzeugenden Löcher 29 von unterschiedlich großer Quer
schnittsfläche sind, wobei sich das Loch 29 mit der vergleichs
weise größten Querschnittsfläche als erstes aufgrund der an der
Hohlprofilwandung 24 angreifenden größten Scherkraft des Innen
hochdruckes ausbildet. Um dies zu vermeiden bzw. die für eine
weitere maßhaltige Lochfertigung im Innenhochdruck-Umformwerk
zeug 1 schädlichen Folgen zumindest zu vermindern werden nach
der Erfindung in vorteilhafter Weise die Eindringtiefe des
Stempels 7 mit seiner Ringschneide 9 in die Hohlprofilwandung
24 für jedes zu erzeugende Loch 29 individuell festgelegt, so
daß sich für die Erzeugung nach dem Eindringen des Stempels 7
eine auf die Querschnittsfläche des betreffenden Loches 29 ab
gestimmte Dünnstelle 25 ausbildet. Die Wandung 24 des Hohlpro
fils 5 zur Herstellung eines Loches 29 von kleinerer Quer
schnittsfläche wird hierbei stärker geschwächt als zur Herstel
lung eines Loches 29 größerer Querschnittsfläche. Die Festle
gung bzw. die Abstimmung ist derart ausgebildet, daß die Löcher
29 praktisch gleichzeitig entstehen.
Ist bei bestimmten Löchern 29 die Heraustrennung der Lochbutzen
26 nicht ganz vollständig geschehen, so hängen diese höchstens
noch an einem dünnen Wandungsfaden 30 (Fig. 4), der später nach
der Entnahme des gelochten Hohlprofiles 5 aus dem Umformwerk
zeug 1 gekappt werden kann. Der dabei eventuell entstehende
Grat ist für die Fertigungsqualität des Hohlprofiles 5 von nie
derrangiger Bedeutung, da sich der Grat aufgrund des vorherge
henden Einschneidens durch die Ringschneide 9 des Stempels 7
nicht im Bereich der Außenseite 10 des Hohlprofiles 5 befindet.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren sind in einfacher Weise
beliebige Lochgeometrien ausbildbar, wobei lediglich der Stem
pel 7 an seiner Stirnseite 8 und dessen Führungsbohrung 6 ent
sprechend ausgebildet sein müssen.
Der Stempel 7 kann in Nicht-Gebrauchsstellung derart in der
Führungsbohrung 6 angeordnet sein, daß der von der Hohlprofil
wandung 24 getrennte Lochbutzen 26 nur zum Teil das Hohlprofil
5 verlassen kann. Der Lochbutzen 26 befindet sich dabei zu etwa
3/10-5/10 der Wandstärke der Hohlprofilwandung 24 noch im
Loch 29. Der Trennungsvorgang der Lochbutzens 26 aus der Hohl
profilwandung 24 ist damit abgeschlossen. Danach wird der In
nenhochdruck innerhalb des Hohlprofilinnenraumes 27 vorzugswei
se auf Atmosphärendruck abgesenkt, wonach der Stößel 13 auf den
Lochbutzen 26 verfahren wird. Dieser wird vom Stößel 13 gänz
lich in das Loch 29 zurückgedrückt, so daß ein Überstand des
Lochbutzens 26 über der Außenseite 10 des Hohlprofiles 5 ver
mieden wird, der eine Entnahme des bearbeiteten Hohlprofiles
behindern oder gar verhindern würde. Aufgrund der Materialrück
federung des gelochten Hohlprofiles 5 an der Lochwandung 28
wird immer sichergestellt, daß der Lochbutzen 26 im Loch 29
festklemmt. Das teilweise Herausdrücken des Lochbutzens 26
durch den Innenhochdruck beim Lochen erleichtert das Wiederhin
eindrücken durch den Stößel 13 erheblich, da anderenfalls bei
einer völligen Loslösung des Lochbutzens 26 aus der Hohlprofil
wandung 24 infolge der angesprochenen radialen Materialrückfe
derung der Lochwandung 28 aufgrund des dann im Vergleich zum
Lochbutzenquerschnitt kleineren Lochquerschnittes ein Herein
drücken des Lochbutzens 26 in das Loch 29 sehr problematisch
wird. Natürlich ist es auch denkbar, daß der Lochbutzen 26
vollständig aus der Hohlprofilwandung 24 herausgerissen wird
und daß danach der Lochbutzen 26 vom Stößel 13 wieder in das
Loch 29 zurückgedrückt wird. Dies ist jedoch - wie gesagt -
aufgrund der Materialrückfederung im Bereich der Lochwandung 28
schwierig.
Alternativ zu der Herstellung der Dünnstelle 25 nach den Fig.
1-4 durch die Ringschneide 9 kann ein Prägestempel 36 einge
setzt werden, der an seiner Stirnseite 8 anstelle der Ring
schneide 9 als Eindringmittel eine ringförmige Wandung 31 auf
weist, die im Querschnitt rechteckig ist und mit ihrer Außen
seite 32 mit dem Stempelumfang bündig abschließt, wie aus Fig.
5 ersichtlich ist. Hier befindet sich der Stempel 36 schon in
Gebrauchsstellung, wobei er - angetrieben über eine hochdruck
erzeugende Hydraulik - mittels der ringförmigen Wandung 31 in
die Hohlprofilwandung 24 eingedrungen ist und durch die Einprä
gung eine die Dünnstelle 25 bildende, entsprechend der Form der
Wandung 32 umlaufende Wandungsschwächung erzeugt.
Beim Einprägen wird - im Unterschied zum vorhergehenden Ausfüh
rungsbeispiel, bei dem die Hohlprofilwandung 24 durch Einste
chen mittels der Ringschneide 9 unter Ausbildung eines Schnit
tes getrennt wird - unter Einfluß des Innenhochdruckes Hohlpro
filmaterial der Hohlprofilwandung 24 verdrängt. Das verdrängte
Hohlprofilmaterial fließt in eine Mulde 33 hinein, die in der
Stirnseite 8 des Stempels 36 ausgebildet ist und die von der
ringförmigen Wandung 31 begrenzt wird. Die Mulde 33 wird im Ge
gensatz zur Mulde 11 vollständig vom fließenden Hohlprofilmate
rial ausgefüllt. Dieser gezielte Materialabfluß in eine dafür
vorgesehene Mulde 33 hinein ermöglicht erst die Ausbildung der
gewünschten Dünnstelle 25. Mit einer ebenen tellerförmigen Aus
bildung der Stempelstirnseite 8, wie sie aus der gattungsbil
denden Schrift zu entnehmen ist, ist dies nicht möglich.
In Übereinstimmung mit dem ersten Ausführungsbeispiel wirkt
beim Einprägen der Dünnstelle 25 im Innenraum 27 des Hohlprofi
les 5 ein Hochdruck im Bereich von etwa 2000 bar. Ebenfalls bei
diesem Druck erfolgt vor dem Einprägen ein Aufweiten des Hohl
profiles 5, das sich hier in die Mulde 33 hinein aufweitet.
Nach dem Einprägen wird der Stempel 36 in gleicher Weise zu
rückgezogen, worauf die Dünnstelle 25 umlaufend reißt (Fig. 6)
und der Lochbutzen 26 vom Innenhochdruck herausgepreßt wird.
Der Stößel 13 drückt bei vorzugsweise Atmosphärendruck den er
zeugten noch mit einem schmalen Umfangsabschnitt im Loch 29
verbleibenden Lochbutzen 26 in das Loch 29 zurück (Fig. 7).
Nach der Verklemmung des Lochbutzens 26 im Loch 29 wird der
Druck im Innenraum 27 des Hohlprofiles 5 völlig entspannt und
dann das Umformwerkzeug 1 geöffnet. Die Öffnung erfolgt hier
durch Anheben des Oberwerkzeuges 2, wonach das bearbeitete
Hohlprofil 5 entnommen werden kann. Die Lochungsachse verläuft
dabei in der Teilungsfläche 21 von Ober- und Unterwerkzeug 2, 3
(Fig. 8). Für die Erzeugung mehrerer Löcher 29 gilt das beim
ersten Ausführungsbeispiel Gesagte im entsprechend übertragenen
Sinne.
Der Stößel 13 kann örtlich separat zum Stempel 7, bzw. 36 ange
ordnet sein und für die Ausübung seiner Funktion in die Ge
brauchsstellung verschoben werden. Desgleichen ist auch denk
bar, daß vom Stempel 7, bzw. 36 selbst die Stößelfunktion über
nommen wird. Dadurch wird ein Bauteil, der Stößel 13, und des
sen Antrieb eingespart. Diese genannte Möglichkeit ist jedoch
nur dann praktikabel, wenn der Lochbutzen 26 sich nicht in der
Mulde 11, 33 des Stempels 7, bzw. 36 verklemmt hat. Somit bil
det die Integrierung des Stößels 13 in den Stempel 7, bzw. 36
zum Zurückdrücken des Lochbutzens 26 nicht nur eine einfache
bauliche Lösung, sondern erbringt auch - abgesehen von der bes
seren Verfahrensökonomie bezüglich der ersten oben angeführten
Möglichkeit - den funktionellen Vorteil, daß der Stößel 13 im
Stempel 7, bzw. 36 eingeklemmte Lochbutzen 26 löst.
Das Erzeugen der Löcher 29 kann sowohl bei Hohlprofilen 5 er
folgen, die in anderen Werkzeugen hergestellt wurden, als auch
bei Hohlprofilen 5 stattfinden, die zuerst durch Innenhoch
druck-Umformen aus einem im Umformwerkzeug 1 eingebrachten hoh
len Rohling hergestellt und anschließend kalibriert werden. Das
Hohlprofil 5 kann aus zusammengefügten, vorzugsweisen ge
schweißten Halbschalen oder auch Strangpreßprofilen bestehen.
Im übrigen kann alternativ zu den beiden vorherigen Ausfüh
rungsbeispielen das Hohlprofil 5 nach Einlegen in das Umform
werkzeug 1 durch Innenhochdruck aufgeweitet werden, welches da
bei einen in die Gravur 4 des Umformwerkzeuges 1 hineinstehen
den rückwärtig abgestützten Stempel 7, bzw. 36 beaufschlagt,
wodurch infolge des Eindringens des Stempels 7, 36 in die Hohl
profilwandung 24 die Dünnstelle 25' der Hohlprofilwandung 24
ausgebildet wird. Nach abgeschlossener Aufweitung wird der
Stempel 7, bzw. 36 zurückgezogen, wonach die Dünnstelle 25 un
ter Einwirkung des Innenhochdruckes reißt und der entstehende
Lochbutzen 26 nach außen gerissen wird.
Der Lochbutzen 26 wird bei völliger Herauslösung aus der Hohl
profilwandung 24 in die Mulde 11, bzw. 33 des Stempels 7, bzw. 36
innerhalb dessen Führungsbohrung 6 hineingedrückt und dort
verklemmt. Bei der teilweisen Herauslösung des Lochbutzens 26
gibt der Stempel 7, bzw. 36 durch die permanente Anlage am
Lochbutzen 26 ausreichend Halt, so daß dieser keine Möglichkeit
findet unkontrolliert in den Innenraum 27 des Hohlprofiles 5
oder in das Umformwerkzeug 1 hineinzugelangen.
In allen gezeigten Ausführungsbeispielen wird aufgrund des Ein
prägens bzw. des Einschneidens der Hohlprofilwandung 24 nach
dem vom Innenhochdruck verursachten Reißen der gebildeten Dünn
stelle 25 eine im wesentlich einheitlich glatte Lochwandung 28
ausgebildet. Dies erleichtert aufgrund des fehlenden Widerstan
des von makroskopischen Rauhigkeiten das Hineindrücken des
Lochbutzens 26 in das Loch 29. Abgesehen davon ist schon allein
die Bildung einer Sollbruchstelle von großem Nutzen, da somit
der Lochbutzen 26 örtlich definiert reißt, so daß es zu keiner
unerwünschten Rißbildung des Hohlprofilmaterials seitlich der
Öffnung der Führungsbohrung 6 kommt, die darüber hinaus auch
noch unkontrolliert verläuft. Der entstehende mit starken Rand
verformungen versehene Lochbutzen 26 wäre dabei durch das nach
trägliche Zurückdrücken mittels des Stößels 13 nur sehr schwer
in der Scharten aufweisenden, völlig rauhen Lochwandung 28 zu
verklemmen.
Nach dem vorläufigen Erzeugen der Löcher 29 gemäß der obigen
Ausführungsbeispiele wird bei Atmosphärendruck das Umformwerk
zeug 1 geöffnet, wonach das Hohlprofil 5 diesem entnommen wer
den kann. Nach der Hohlprofilentnahme kann nun der Lochbutzen
26 mit Hilfe einer einfachen Vorrichtung konventionell aus dem
Hohlprofil 5 herausgedrückt werden, ohne daß es zu Verformungen
des Hohlprofiles 5 im Randbereich des Loches 29 kommt.
Das Herausdrücken bzw. das Herauslösen des Lochbutzens 26 kann
beispielsweise bei im wesentlichen geradlinig verlaufenden
Hohlprofilen 5 ausreichend großen Querschnittes erfolgen, wobei
in einer in das Hohlprofil 5 einschiebbaren als Lanze ausgebil
deten Vorrichtung 37 ein oder mehrere verschiebbare Auswerfer
stempel 38 angeordnet sind, die dazu in Querbohrungen 39 der
Lanze geführt sind (Fig. 9). Der Auswerferstempel 38 teilt mit
seinem tellerförmigen Kopf 40, der mit seinem Umfang an der
Querbohrungswandung 41 dichtend umlaufend anliegt, die Querboh
rung 39 in zwei Teilräume 42, 43. Der Teilraum 42 weist einen
Druckanschluß 44 auf, mittels dessen der Teilraum 42 und damit
der Kopf 40 des Auswerferstempels 38 mit Druckluft oder einer
Druckflüssigkeit beaufschlagbar ist. Bei Ausüben eines Über
druckes wird der Auswerferstempel 38 entgegen der Kraft einer
Druckfeder 45, die sich im Teilraum 43 einerseits an der dorti
gen Stirnwand 46 der sich stufig verjüngenden Querbohrung 39
und andererseits an der vom Teilraum 42 abgewandten Kopfunter
weite 47 abstützt, in Richtung der Stirnwand 46 verschoben. Bei
genauer Positionierung der Lanze gegenüber dem Hohlprofil 5 ge
langt durch das Verschieben der Stempelschaft 48 mit seinem zum
Hohlprofil 5 weisenden freien Ende 49 auf den in der Hohlpro
filwandung 24 eingeklemmten Lochbutzen 26, worauf bei weiterer
Verschiebung des Schaftes 48 der Lochbutzen 26 aus der Hohlpro
filwandung 24 herausgedrückt wird. Die Querbohrung 39 ist auf
der dem Stempelkopf 40 gegenüberliegenden Seite des Teilraumes
42 vom dort befestigten Druckanschluß 44 dichtend verschlossen.
Denkbar ist jedoch auch, daß die Querbohrung 39 sacklochartig
ausgebildet ist und daß der Teilraum 42 im Bereich der dem
Stempelkopf 40 gegenüberliegenden Stirnwand von einem axial in
der Lanze verlaufenden Druckkanal angeschnitten ist. Wird der
Druck entspannt, wird der Auswerferstempel 38 von der Druckfe
der 45 vom Hohlprofil 5 weg in die Bohrung 39 zurückgetrieben.
Die Anordnung des Auswerferstempels 38 kann unter beliebigen
Winkelstellungen vorgesehen sein; außerdem können auch mehrere
Auswerferstempel 38 parallel zueinander oder um eine definierte
Winkelstellung voneinander versetzt in der Lanze vorhanden
sein. Ebenfalls ist es denkbar, daß die Lanze nur einen einzi
gen Auswerferstempel 38 aufweist. Zum Ausstoßen mehrerer Loch
butzen 26 am gleichen Hohlprofil 5 muß die Lanze jeweils axial
definiert verschoben werden oder, wenn sich die Lochbutzen un
ter unterschiedlichen Winkelstellungen zueinander befinden, de
finiert gedreht werden. Hierzu ist die Lanze innerhalb des
Hohlprofiles 5 zu diesem koaxial angeordnet und von diesem der
art beabstandet, daß sie mit eingefahrenem Auswerferstempel 38
innerhalb des Hohlprofiles 5 zum Herausdrücken mehrerer in Um
fangsrichtung des Hohlprofiles 5 unter einem Winkel voneinander
versetzt in Löchern 29 angeordneter Lochbutzen 26 um ihre Achse
gedreht werden kann. Das Hohlprofil 5 selbst kann in einer Ein
spannung ortsfest sich befinden oder in einer Werkzeugform lie
gen, die an geeigneter Stelle Durchbrüche zum Ausstoß der Loch
butzen 26 besitzt. Das Herauslösen der Lochbutzen kann bei
spielsweise während des Prüfvorgangs der Hohlprofile 5 bei der
Qualitätsprüfung zur Kontrolle der Lochungen erfolgen.
Insbesondere bei gebogenen Hohlprofilen 5 und Hohlprofilen 5
kleinen Querschnittes, bei denen derartige Vorrichtungen nicht
einschiebbar sind, sowie bei allen anderen Ausbildungen eines
Hohlprofiles 5 ist es denkbar, die Lochbutzen 26 nach der Hohl
profilentnahme in den Hohlprofilinnenraum 27 zu drücken und
dann die Lochbutzen 26 aus diesem durch Herausspülen mittels
einer Spülflüssigkeit zu entfernen. Durch die Anordnung des
Stempels 7 bzw. 36 relativ zur Lage des Hohlprofiles 5 inner
halb des Umformwerkzeuges 1 und durch die Zurückdrängfunktion
des Stößels 13 für den Lochbutzen 26 kann in einfacher Weise
vermieden werden, daß einer oder mehrere undefiniert im Umform
werkzeug 1 oder im Hohlprofil 5 liegende Lochbutzen 26 mit gro
ßem Aufwand aus dem Umformwerkzeug 1 entfernt werden müssen.
Eine leicht handhabbare Entfernung der Lochbutzen 26 bildet für
eine störungsfreie, verfahrensökonomische Automatisierung der
Fertigung gelochter Hohlprofile 5 eine grundlegende Vorausset
zung.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Entfernung von Lochbutzen 26
aus dem Umformwerkzeug 1 ist bei allen bekannten, auf der Ein
wirkung eines Fluidhochdruckes basierenden Herstellverfahren
von Löchern an Hohlprofilen anwendbar. Hierbei sind sowohl Her
stellverfahren umfaßt, bei denen die Lochbutzen von außen nach
innen aus der Hohlprofilwandung herausgetrennt werden, als auch
Herstellungsverfahren, bei denen diese Trennung von innen nach
außen erfolgt.
Bei der Lochung von außen nach innen kann beispielsweise in das
Hohlprofil eine Lanze eingeführt sein, die am Hohlprofil in ei
ner Preßpassung anliegt. Das Hohlprofil selbst wird von der
Hochdruckflüssigkeit umgeben. In der Lanze ist in einer radia
len Querbohrung ein Stempel geführt, der bei Anliegen eines
Fluidhochdruckes innerhalb des Umformwerkzeuges in die Querboh
rung zurückverfahren wird. Dabei wird an der sich nun bildenden
Öffnung der Querbohrung das Hohlprofilmaterial in diese hinein
verdrängt, worauf dieses nach Übersteigen der Materialdehnfä
higkeit im Bereich des Öffnungsrandes der Querbohrung reißt.
Das Reißen kann durch die Ausbildung des Öffnungsrand als
Schneidkante noch unterstützt werden, wobei sich auch ein Loch
mit einer glatteren Lochwandung ergibt. Der entstehende Loch
butzen wird vom Stempel in die Hohlprofilwandung zurückgedrückt
und dort verklemmt. Abfließen der Druckflüssigkeit kann dann
die Lanze mit oder ohne Hohlprofil dem Umformwerkzeug entnommen
werden. Wird sie mit dem Hohlprofil entnommen, kann dann, da
die Lage der Lanze zum Hohlprofil unverändert bleibt, außerhalb
des Umformwerkzeuges durch erneutes Beaufschlagen des jeweili
gen Lochbutzens mittels des weiter als beim Verklemmen ausge
fahrenen Stempels der Lochbutzen in einfacher arbeitsgangspa
render Weise aus dem Loch herausgedrückt werden. Wird die Lanze
separat aus dem Umformwerkzeug entnommen, sind zur Entnahme des
Hohlprofiles und zum Herauslösen der Lochbutzen weitere etwas
aufwendigere Verfahrensschritte notwendig. Wird der Lochbutzen
unter einem Winkel zwischen 0 und 180° bezüglich einer horizon
talen mittig verlaufenden Teilungsebene des Hohlprofiles er
zeugt, ist es denkbar, daß der Lochbutzen nicht in der Hohlpro
filwandung verklemmt werden muß. Dadurch, daß der Lochbutzen
innerhalb dieses Winkelbereiches nicht in das Umformwerkzeug
fallen kann, verbleibt der Lochbutzen in der Lanze und kann mit
dieser nach Druckabbau im Umformwerkzeug und Ableitung der
Druckflüssigkeit kontrolliert ohne weiteres aus dem Umformwerk
zeug entnommen werden.
Die Lochung kann anderweitig auch durch Beaufschlagung mittels
eines Stanzstempels, der von außen auf das in die Gravur
eingelegte Hohlprofil einwirkt, erfolgen. Damit der Lochbutzen
aufgrund des beim Lochen entstehenden Druckabfall nicht in den
Innenraum des Hohlprofiles hineinfällt, ist ein im Hohlprofil
angeordneter Gegenhalter vonnöten, der den das Loch noch nicht
völlig verlassenden Lochbutzen wieder in dieses zurückpreßt.
Claims (16)
1. Verfahren zum Herstellen von Löchern am Umfang eines Hohl
profiles, wobei ein Wandungsstück als Lochbutzen aus dem Hohl
profil innerhalb eines Innenhochdruck-Umformwerkzeuges heraus
getrennt wird und dort anschließend im vorläufig erzeugten Loch
bezüglich des Außenumfangs des Hohlprofiles überstandsfrei ver
klemmt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Verklemmen des herausgetrennten Lochbutzens (26) bei
hinsichtlich eines fluidischen Innenhochdruckes entspanntem
Fluidhochdruck und verliersicher durch Hineindrücken des
Lochbutzens (26) in das Loch (29) des Hohlprofiles (5) mittels
eines Stempels (7,36) erfolgt, und daß der Lochbutzen (26) nach
Entnahme des bearbeiteten Hohlprofiles (5) aus dem
Innenhochdruck-Umformwerkzeug (1) aus dem Hohlprofil (5)
außerhalb des Innenhochdruck-Umformwerkzeuges (1) unter endgültiger Freigabe
des Loches (29) herausgelöst wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß beim Heraustrennen aus der Hohlprofilwandung (24) der Loch
butzen (26) nur teilweise aus dieser herausgedrückt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Heraustrennen des Lochbutzens (26) bezüglich des Hohl
profiles (5) von innen nach außen erfolgt und daß dieser zum
verliersicheren Verklemmen vom Stempel (7,36) von außerhalb des
Hohlprofiles (5) in das Loch (29) hineingedrückt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Heraustrennen des Lochbutzens (26) allein durch einen
Innenhochdruck erfolgt, der in seiner Höhe im Bereich des Um
formdruckes bei einer Innenhochdruck-Umformung des Hohlprofiles
(5) gelegen ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Heraustrennen des Lochbutzens (26) an einer das spätere
Loch (29) umlaufend begrenzenden Sollbruchstelle in der Hohl
profilwandung (24) erfolgt, wobei die Sollbruchstelle in Form
einer Dünnstelle (25) durch Einprägen mittels eines Stempels
(36) gebildet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Heraustrennen des Lochbutzens (26) an einer das spätere
Loch (29) umlaufend begrenzenden Sollbruchstelle in der Hohl
profilwandung (24) erfolgt, wobei die Sollbruchstelle in Form
einer Dünnstelle (25) durch Einschneiden mittels eines Stempels
(7) gebildet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Herauslösen des Lochbutzens (26) nach der Entnahme des
bearbeiteten Hohlprofiles (5) aus dem Innenhochdruck-Werkzeug
(1) durch Eindrücken des Lochbutzens (26) in den Innenraum (27)
des Hohlprofiles (5) hinein und durch anschließendes Herausspü
len des Butzens (26) aus dem Innenraum' (27) heraus mittels ei
ner Spülflüssigkeit erfolgt.
8. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Herauslösen des Lochbutzens (26) nach der Entnahme des
bearbeiteten Hohlprofiles (5) aus dem Innenhochdruck-Werkzeug
(1) durch radial nach außen gerichtetes Herausdrücken des
Lochbutzens (26) aus dem Hohlprofil (5) erfolgt.
9. Einrichtung zum Herstellen von Löchern am Umfang eines
Hohlprofiles, mit einem in ein Innenhochdruck-Umformwerkzeug
integrierten Stempel, mittels dessen ein Wandungsstück als
Lochbutzen aus dem Hohlprofil unter vorläufigen Erzeugung eines
Loches heraustrennbar ist, und mit einem Rückführmittel, mit
tels dessen der herausgetrennte Lochbutzen im Loch verklemmbar
ist, dort anschließend im vorläufig erzeugten Loch bezüglich
des Außenumfangs des Hohlprofiles überstandsfrei verklemmt
wird, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Rückführmittel ein Stempel (7, 36, 13) ist, mit dem der
Lochbutzen (26) verliersicher bei gegenüber einem zum Innen
hochdruckumformen verwandten Innenhochdruck entspanntem Druck
zustand innerhalb des Hohlprofiles (5) in das vorläufig erzeug
te Loch (29) eindrückbar ist, und daß die Einrichtung eine Vor
richtung (37) zum Herauslösen des Lochbutzens (26) nach Entnah
me des bearbeiteten Hohlprofiles (5) aus dem Innenhochdruck-Um
formwerkzeug (1) beinhaltet, durch die das Loch (29) endgültig
erzeugbar ist.
10. Einrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß der das Rückführmittel bildende Stempel (7, 36, 13) gleichzeitig
zum Erzeugen des Loches (29) verwendet wird.
11. Einrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein in dem zur Locherzeugung verwandten Stempel (7, 36, 13)
als Stößel (13) ausgebildeter Stempel integriert ist, der das
Rückführmittel bildet, wobei der Stößel im Stempel (7, 36, 13)
schiebbar geführt ist.
12. Einrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Stempel (7, 36, 13) außerhalb des Hohlprofiles (5) in das
Umformwerkzeug (1) integriert angeordnet ist.
13. Einrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Stempel (7, 36, 13) in einer in das Hohlprofil (5) ein
schiebbaren Lanze radial verschiebbar angeordnet ist.
14. Einrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Vorrichtung (37) als Lanze ausgebildet ist, die in das
Hohlprofil (5) einführbar ist und die zumindest einen ver
schiebbaren Auswerferstempel (38) aufweist, mittels dessen der
jeweilige Lochbutzen (26) vom Innenraum (27) des Hohlprofiles
(5) aus beaufschlagbar ist.
15. Einrichtung nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Lanze derart innerhalb des Hohlprofiles (5) von diesem
beabstandet angeordnet ist, daß sie im Nicht-Gebrauchszustand
des Auswerferstempels (38) drehbar ist.
16. Einrichtung nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Auswerferstempel (38) in einer Querbohrung (39) der
Lanze angeordnet ist und einerseits - zum Hohlprofil (5) hin -
hydraulisch oder pneumatisch antreibbar ist und andererseits
von einer rückstellenden Druckfeder (45) abgestützt ist.
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