DE19909949A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Umformen eines Hohlprofils o. dgl. Werkstückes auf dem Wege des Innenhochdruck-Umformens - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Umformen eines Hohlprofils o. dgl. Werkstückes auf dem Wege des Innenhochdruck-UmformensInfo
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Abstract
Bei einem Verfahren zum Umformen eines als Ein- oder Mehrkammerprofil ausgebildeten Hohlprofils o. dgl. Werkstückes mittels eines in seinem abgedichteten und von einem Stempel übergriffenen Profilraum durch ein strömbares Wirkmedium erzeugten Innenhochdrucks, wird wenigstens ein Dichtungselement durch das Wirkmedium aus einem es aufnehmenden Raum radial nach außen geführt und an eine zwischen dem Hohlprofil sowie dem an dieses angeschlagenen Stempel bestehende Fuge angelegt; das Wirkmedium wird aus dem Raum für das Dichtungselement in den Profilraum eingelegt. Dazu ist am Umfang eines in den Profilraum einführbaren Stempelteils oder Stempelabsatzes wenigstens eine Ringnut vorgesehen und in dieser ein Dichtungselement gelagert, das zur Stempellängsachse hin zumindest einen Zuführraum abhebbar und in der Nut radial nach außen bewegbar angeordnet ist. Der in den Profilraum einführbare Stempelabsatz ist an eine ihn radial überragenden Schulterfläche des Stempels angefügt, wobei letztere als Anschlag für eine Stirnkante des Hohlprofils dient und mit dieser eine Fuge begrenzt, an welche das als Dichtungsring gestaltete Dichtungselement durch das Wirkmedium angelegt werden kann.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung
zum Umformen eines als Ein- oder Mehrkammerprofil-ausgebil
deten Hohlprofils od. dgl. Werkstückes mittels eines in
seinem abgedichteten und von einem Stempel übergriffenen
Profilraum durch ein strömbares Wirkmedium erzeugten Innen
hochdrucks.
Beim sog. Innenhochdruck-Umformen (IHU-Verfahren) wird das
Hohlprofil durch Innendruck ausgedehnt. Zusätzlich kann das
Hohlprofil mittels wenigstens eines Stempels nachgeschoben
werden, der am Werkstück stirnseitig angreift. Letzteres
kann so aufgeweitet, gestaucht bzw. expandiert werden.
Bei einem Doppel- oder Mehrkammerprofil dehnen sich dessen
Stege zwischen den einzelnen Kammern anders aus als die üb
rigen Wandungen. Scharfe Ecken oder plötzliche Wand
dickenänderungen im Werkstück führen zudem zu ungleich
mäßiger Verformung beim Kalibrieren.
Es ist bekannt, die Stirnseiten des Hohlprofils abzudich
ten, um in diesem den Hochdruck zu halten. Bisherige Dicht
verfahren bedienen sich konisch geformter PUR- oder Stahl
dichtstempel, die in das Hohlprofil eingefahren werden. Sie
vermögen die ungleichmäßige Verformung nicht auszugleichen
und verschleißen schnell durch die beim Einfahren in das
Hohlprofil auftretende Reibung. Weicht die Form des Profils
zu stark von den Sollwerten ab, muss die Dichtung noch wei
ter einfahren, was den Verschleiß erhöht; andernfalls kann
sie gar nicht mehr abdichten.
In Kenntnis dieser Gegebenheiten hat sich der Erfinder das
Ziel gesetzt, die Dichtmöglichkeiten zwischen der Paarung
aus Hohlprofil und Stempel zu verbessern.
Zur Lösung dieser Aufgabe führen die Lehren der unabhängi
gen Patentansprüche; die Unteransprüche geben günstige Wei
terbildungen an. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung
alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschrei
bung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten
Merkmale.
Erfindungsgemäß wird wenigstens ein - ringartig ausgebil
detes - Dichtungselement durch das Wirkmedium aus einem es
aufnehmenden Raum radial nach außen geführt und an eine
zwischen dem Hohlprofil sowie dem an dieses angeschlagenen
Stempel bestehende Fuge angelegt; das Wirkmedium wird dabei
aus dem Raum für das Dichtungselement in den Profilraum
eingeleitet. Als günstig hat sich wenigstens ein
Druckventil im Strömungsweg des Wirkmediums zwischen dem
das Dichtungselement aufnehmenden Zuführraum sowie dem Pro
filraum erwiesen, das bei dem Druck geöffnet wird, unter
welchem das Dichtungselement seine Dichtfunktion erfüllt;
es soll den Einlauf eines größeren Volumenstroms oder ein
verlustärmeres Einlaufen des Wirkmediums in den Profilraum
ermöglichen.
Wird das Dichtungselement beidseits eingespannt, kann es
axial und/oder radial vorgespannt werden.
Insbesondere zur Durchführung dieses Verfahrens dient eine
Vorrichtung, bei der am Umfang eines in den Profilraum ein
führbaren Stempelteils oder Stempelansatzes wenigstens eine
Ringnut vorgesehen und in dieser ein ringartiges
Dichtungselement gelagert ist, das zur Stempellängsachse
hin zumindest einen Zuführraum für das Wirkmedium
überspannt sowie durch dieses vom Zuführraum abhebbar und
in der Ringnut radial nach außen bewegbar angeordnet ist.
Bei einer besonderen Ausgestaltung ist die Ringnut als
Schulternut geformt mit einem hinterschnittenen
Querschnittsteil und einem als offene Auflagefläche für das
Dichtungselement ausgebildeten Abschnitt, dies vor allem
dann, wenn der Stempelabsatz ein gesondertes Ansatzteil des
Stempels ist.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der in den
Profilraum einführbare Stempelansatz an eine ihn radial
überragende Schulterfläche des Stempels angefügt; letztere
dient als Anschlag für eine Stirnkante des Hohlprofils und
begrenzt mit dieser eine Fuge, an welche der Dichtungsring
durch das Wirkmedium angelegt zu werden vermag.
Das ringförmige Dichtungselement befindet sich also auf
einem Absatz oder Ansatz des Stempels in jener Ringnut, die
sich auch achsparallel über jene Schulterfläche hinaus
erstrecken kann. An ihr verläuft eine weitere Nut als
Innennut, die das Wirkmedium führt. Das Wirkmedium strömt
in die Innennut unter das Dichtungselement und weitet
dieses auf, bis es sich vor jene Fuge legt. Nun strömt das
Wirkmedium über die Innenkante der Ring- oder Dichtungs
nut - oder über Bohrungen - in das Werkstück ein. Die
Bohrungen können so angeordnet oder die Innenkante kann so
ausgeformt sein, dass das Wirkmedium erst in das Werkstück
bzw. den Profilraum fließt, wenn das Dichtungselement an
diesen kritischen Stellen der Fuge anliegt.
Als günstig hat es sich erwiesen, der freien Endkante des
Dichtungsstreifens eine ihn radial haltende Randrippe eines
Stempeldeckels aufzulegen; letzterer ist mit der
Stirnfläche des Stempelansatzes verbunden.
Im Rahmen der Erfindung liegt zudem ein Dichtungsring aus
einem bandartigen Innenabschnitt mit aus diesem etwa in
Querschnittsmitte herausgeformter Rippe. Durch diese
Maßgabe entsteht ein Querschnitt, der dem eines Hutes
entspricht. Die mittige Rippe dieses Dichtungsringes ist in
Einbaustellung einerseits von einem Abschnitt des
Stempelansatzes und anderseits von einer Ringrippe des
Kopfteils flankiert.
Während des Kalibrierens passt sich die elastische Dichtung
der sich beim Umformen ändernden Gestalt des Hohlprofils
bzw. des Werkstücks an. Wird der Druck im Werkstück wieder
abgebaut, geht die Dichtung in ihre Ausgangslage zurück;
Stempel und Dichtung können wieder reibungslos aus dem
Werkstück ausgefahren werden.
Mit der Erfindung werden u. a. die folgenden Vorteile er
reicht:
- - es erfolgt ein berührungsloses Einfahren, also ver schleißarmes Abdichten;
- - Toleranzen des Hohlprofils oder Werkstücks werden durch die Dichtung kompensiert;
- - es wird keine zusätzliche Dichtkraft erforderlich;
- - es erfolgt ein Ausgleich ungleichmäßiger Ausdehnung des Hohlprofils während des Kalibriervorgangs durch die Dichtung;
- - ein Nachschieben mit Stempel ist ohne zusätzlichen Verschleiß der Dichtung möglich.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung
ergeben sich auf der nachfolgenden Beschreibung eines be
vorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung;
diese zeigt in
Fig. 1 einen Längsschnitt durch- eine
erfindungsgemäße Vorrichtung;
Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 1 in
zu dieser geänderter Betriebsstellung;
Fig. 3, 5, 6 Ausschnitte zu jeweils einer anderen
Vorrichtung;
Fig. 4 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 3.
Beim sogenannten Innenhochdruck-Umformen (IHU) wird ein
Hohlprofil 10 durch einen in seinem Profilraum 12 herr
schenden Innendruck aufgeweitet. Zusätzlich kann das Hohl
profil 10 mittels eines an seiner Stirnkante 14 angreifen
den Stempels 16 axial nachgeschoben werden.
Um den Hochdruck im Profilraum 12 zu halten, muss die
Stirnkante 14 des Hohlprofils 10 am Stempel 16 abgedichtet
anschlagen. Hierzu ist der Stempel 16 mit einer radialen
Schulterfläche 18 eines Außendurchmessers d versehen, an
welche ein zylindrischer Stempelansatz 20 eines kleineren
Durchmessers d1 anschließt. Die Höhe der zur Längsachse A
des Stempels 16 parallelen Umfangsfläche 22 des zylindri
schen Stempelabsatzes 20 ist in Fig. 1 mit h bezeichnet.
Am Übergang der ringförmigen Schulterfläche 18 zum Stempel
ansatz 20 ist in dessen Umfangsfläche 22 eine Ringnut 24
zur Aufnahme eines Dichtungsringes 26 eingeformt. Unter
diesem verläuft eine in das Tiefste - also den Nutboden 27 - der
Ringnut 24 eingeformte sowie zum Querschnitt der
Ringnut 24 einer Breite b beidseits abgestufte Innennut 25
geringerer Breite e. Von dieser gehen - im dargestellten
Ausführungsbeispiel sechs - Radialkanäle 28 aus, die
andernends bei 29 in eine zentrische Ausnehmung 30 des
Stempels 16 münden. Der Querschnitt dieser an sich zylin
drischen Ausnehmung 30 verjüngt sich nahe der Stempelinnen- oder
Stempelstirnfläche 11 in einem Bereich 32 konisch zu
einem Axial- oder Ausflusskanal 34 hin.
Zur Durchführung einer Verformung des Hohlprofils 10 fährt
der Stempel 16 mit seinem Dichtungsring 26 reibungslos in
dieses Werkstück bzw. Hohlprofil 10 ein; dabei entsteht
zwischen letzterem sowie der radialen Schulterfläche 18 des
Stempels 16 eine zu dichtende Fuge 36. Durch die Radialka
näle 28 strömt aus der zentrischen Ausnehmung 30 in die be
schriebene - als Zuführraum dienende - abgestufte Innen
nut 25 ein Wirkmedium und weitet den Dichtungsring 26 auf;
dieser legt sich vor jene Fuge 36, und das Wirkmedium
strömt gemäß Pfeil in Fig. 2 über die Innenkante 23 der
Ringnut 24 - oder über Bohrungen - in den Profilraum 12
ein. Sowohl die Innenkante 23 als auch die nicht darge
stellten Bohrungen können so ausgebildet sein, dass das
Wirkmedium erst in den Profilraum 12 fließt, wenn der Dich
tungsring 26 an den kritischen Stellen vor der Fuge 36 - diese
abdichtend - liegt.
In Fig. 1 nicht wiedergegeben ist ein in den Axialkanal 34
einsetzbares Druckventil, das in der Ausführung der Fig. 3
bei 38 angedeutet ist. Dieses wird so eingestellt, dass es
sich bei jenem Druck öffnet, unter welchem der
Dichtungsring 26 der Dichtkante anliegt, und so den Einlauf
eines größeren Volumenstroms oder den verlustärmeren
Einlauf des Wirkmediums in den Profilraum 12 zuläßt.
Während des Kalibrierens des Hohlprofils 10 passt sich der
Dichtungsring 26 aus elastischem Werkstoff 26 der sich än
dernden Gestalt des Hohlprofiles 10 an. Wird in diesem der
Druck abgebaut, geht der Dichtungsring 26 in seine Aus
gangslage in die Ringnut 24 zurück, so dass der Dichtungs
ring 26 mit dem Stempel 16 wieder reibungslos aus dem Pro
filraum 12 ausgefahren zu werden vermag.
Bei der Ausführung nach Fig. 3, 4 ist der Stempel 16 a in
der Ebene seiner Schulterfläche 18 in einen Kopfteil 19 und
den zylindrischen Stempelansatz 20 a zweigeteilt. In eine
einseitig hinterschnittene Schulternut 24 a ist ein
Dichtungsring 40 eingeschoben, der einen bandartigen
Innenabschnitt 41 aufweist, aus dessen Querschnittsmitte
eine an ihren Kanten 42 angefaste Rippe 44 herausgeformt
ist; ein schmaler Randbereich des Innenabschnitts 41 des
Dichtungsringes 40 ist einerseits in den hinterschnittenen
Teil der Schulternut 24 a eingeschoben und anderseits von
einer axialen Ringrippe 46 des Kopfteils 19 übergriffen.
Der querschnittlich einem Hutquerschnitt ähnliche
Dichtungsring 40 aus Polyurethan ist also beidseitig durch
den zweigeteilten Stahlstempel 16 a eingefasst. Dadurch wird
er zum einen axial vorgespannt und bei einem gewissen
Innendruck auch in seiner Position gehalten. Durch den
Ein-/oder Anbau des schematisch dargestellten Drosselventils 38
ist gewährleistet, dass bei Druckaufbau im Profil 10 zuerst
Druck am Dichtungsring 40 erzeugt wird, bevor der
Innendruck im Profil 10 aufgebaut wird; das Ansprechen der
Dichtung ist gewährleistet.
Fig. 5 zeigt ebenfalls einen zweigeteilten Stempel 16 b aus
einem Kopfteil 19 b und einem gesonderten zylindrischen
Stempelansatz 20 b, der in einen Einsatzraum 48 des
Kopfteils 19 b eingesetzt ist. Die Ringnut 24 rechteckigen
Querschnitts nimmt den entsprechend gestalteten
Dichtungsring 26 auf, der teilweise von der Seitenfläche 49
eines den Einsatzraum 48 umgebenden Ringrandes 50 überdeckt
ist; letzterer bietet jene Schulterfläche 18 an.
Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 6 entspricht die Form des
Stempels 16 c etwa der des Stempels 16 der Fig. 2, wobei
allerdings der Dichtungsring 26 c der Umfangsfläche 22
aufliegt, die durch eine achsparallel in die Schulterfläche
18 eingeformte Ringnut 24 c über die Schulterfläche 18
hinaus verlängert ist. Hier weist der Dichtungsring 26 c
andernends eine an seine Außenkante angeordnete
Schultereinformung 52 auf, in den eine Randrippe 54 eines
Stempeldeckels 56 haltend eingreift. Letzterer ist bei 58
mit dem zylindrischen Stempelansatz 20 c verschraubt.
Claims (19)
1. Verfahren zum Umformen eines als Ein- oder Mehrkam
merprofil ausgebildeten Hohlprofils od. dgl. Werk
stückes (10) mittels eines in seinem abgedichteten
und von einem Stempel (16) übergriffenen Profilraum
(12) durch ein strömbares Wirkmedium erzeugten
Innenhochdrucks,
dadurch gekennzeichnet,
dass wenigstens ein Dichtungselement (26, 26 c, 40)
durch das Wirkmedium aus einem es aufnehmenden Raum
(24, 24 a, 24 c) radial nach außen geführt und an eine
zwischen dem Hohlprofil (10) sowie dem an dieses
angeschlagenen Stempel (16, 16 a, 16 b, 16 c) bestehende
Fuge (36) angelegt wird, wobei das Wirkmedium aus dem
Raum für das Dichtungselement in den Profilraum (12)
eingeleitet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass ein zwischen dem das Dichtungselement (26, 26 c,
40) aufnehmenden Raum (24, 24 a, 24 c) und den
Profilraum (12) im Strömungs- oder Fließweg des
Wirkmediums angeordnetes Druckventil (38) bei dem
Druck, unter dem das Dichtungselement dichtend
anliegt, geöffnet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass das Dichtungselement (26, 26 c,
40) beidseits eingespannt sowie axial und/oder radial
vorgespannt wird.
4. Vorrichtung zum Umformen eines als Ein- oder Mehrkam
merprofil ausgebildeten Hohlprofils od. dgl. Werk
stückes (10) mittels eines in seinem abgedichteten
und von einem Stempel (16, 16 a, 16 b, 16 c) übergriffenen
Profilraum (12) durch ein strömbares Wirkmedium er
zeugten Innenhochdrucks, insbesondere zur Durchfüh
rung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass am Umfang (22) eines in
den Profilraum (12) einführbaren Stempelteils oder
Stempelansatzes (20, 20 a, 20 b, 20 c) wenigstens eine
Ringnut (24, 24 a, 24 c) vorgesehen und in dieser ein
Dichtungselement (26, 26 c, 40) gelagert ist, das zur
Stempellängsachse (A) hin zumindest einen Zuführraum
(25) für das Wirkmedium überspannt sowie durch dieses
vom Zuführraum abhebbar und in der Nut radial nach
außen bewegbar angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
dass der in den Profilraum (12) einführbare Stempel
ansatz (20, 20 a, 20 b, 20 c) an eine ihn radial
überragende Schulterfläche (18) des Stempels (16,
16 a, 16 b, 16 c) angefügt ist, wobei letztere als
Anschlag für eine Stirnkante (14) des Hohlprofils
(10) dient und mit dieser eine Fuge (36) begrenzt, an
welche das als Dichtungsring gestaltete
Dichtungselement (26, 26 c, 40) durch das Wirkmedium
anlegbar ausgebildet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch
gekennzeichnet, dass der Stempelansatz (20 a, 20 b) als
gesondertes Teil an einen die radiale Schulterfläche
(18) bildenden Kopfteil (19, 19 b) des Stempels (16 a,
16 b) angefügt ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, dass die Ringnut (24, 24 c) in
achsparalleler Richtung teilweise in die
Schulterfläche (18) einragt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch
gekennzeichnet, dass der gesonderte Stempelansatz
(20 b) in einen Einsatzraum (48) des Kopfteils (19 b)
eingesetzt und das in der Ringnut (24) des
Stempelansatzes (20 b) vorgesehene Dichtungselement
(26) in den Einsatzraum an dessen Seitenfläche (49)
eingreift.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4, 5 oder 7,
dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungselement
(26 c) an seiner der Schulterfläche (18) fernen Kante
von einer Randrippe (54) eines Stempeldeckels (56)
übergriffen ist, der an die Stirnfläche (17) des
Stempelansatzes (20 c) angefügt ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 6, dadurch
gekennzeichnet, dass die Ringnut als Schulternut
(24 a) einen hinterschnittenen Querschnittsabschnitt
sowie einem an den Kopfteil (19) des Stempels (16 a)
anschließenden Schulterabschnitt umfasst.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass an die Ring- oder
Schulternut (24, 24 a, 24 c) eine weitere Nut (25) als
Zuführraum für das Wirkmedium anschließt, die durch
zumindest einen im Stempel (16, 16 a, 16 b, 16 c)
verlaufenden Kanal (28) an eine Quelle für das
Wirkmedium anschließbar ausgebildet ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
dass die weitere Nut (25) als Innennut in das Tiefste
(27) der Ring- oder Schulternut (24, 24 a, 24 c)
eingeformt und letzterer radial zugeordnet ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch
gekennzeichnet, dass die Innennut (25) mit einer zen
trischen Ausnehmung (30) des Stempels (16, 16 a, 16 b,
16 c) durch etwa radiale Kanäle (28) verbunden ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13,
gekennzeichnet durch einen Dichtungsring (40) aus
einem bandartigen Innenabschnitt (41) und aus diesem
etwa in Querschnittsmitte herausgeformter Rippe (44).
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,
dass wenigstens eine Kante (42) der mittigen Rippe
(44) des Dichtringes (40) angefast ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15,
dadurch gekennzeichnet, dass die mittige Rippe (44)
des Dichtungsringes (40) in Einbaustellung einerseits
von einem Abschnitt des Stempelansatzes (20 a) und
anderseits von einer Ringrippe (44) des Kopfteils
(19) flankiert ist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16,
dadurch gekennzeichnet, dass die zentrische
Ausnehmung (30) zum Profilraum (12) hin in einen an
der Stempelinnenfläche (17) mündenden Ausflusskanal
(34) übergeht.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet,
dass der Ausflusskanal (34) mit einem Druckventil
(38) versehen ist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 18,
dadurch gekennzeichnet, dass sich die zentrische
Ausnehmung (30) zum Ausflusskanal (34) hin verjüngt.
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