Ein gattungsgemäßes Verfahren ist aus der EP 0 621 091 A1 be- kannt. Hierbei wird ein in der vertikalen Ebene geradliniger, vorgebogener rohrförmiger Hohlkörper mit kreisrundem Quer- schnitt in ein - in ein Obergesenk und ein Untergesenk geteil- tes - Innenhochdruck-Umformwerkzeug waagrecht eingelegt. Das Obergesenk bildet mit dem Untergesenk in Schließlage des Um- formwerkzeuges einen Formraum aus, der einen polygonen Quer- schnitt aufweist. Nach dem Positionieren des Hohlkörpers wird das Umformwerkzeug geschlossen, wobei der Hohlkörper in der Ab- senkbewegung des Obergesenkes frontal derart zusammengequetscht wird, daß der Hohlkörper eine der Kontur des Formraumes grob angenäherten Kontur annimmt und somit vorprofiliert wird. An- schließend wird der Hohlkörper mit einem Hochdruckfluid befüllt und nach Ausüben eines Innenhochdruckes mittels des Fluides so- weit aufgeweitet, bis die Hohlkörperwandungen sich an die Form- raumwände weitgehend konturtreu anlegen. Weist der Hohlkörper jedoch Flächen auf, die in spitzem Winkel zur Absenkrichtung des Obergesenkes verlaufen, und gelangen diese Flächen noch während des Schließvorganges des Werkzeuges d. h. während der Absenkbewegung des Obergesenkes in Reibkontakt, tritt bei der Profilierung der besagten Flächen bis zum Erreichen der Schließlage des Umformwerkzeuges eine sehr hohe Reibung zwi- schen dem Hohlkörper und dem Obergesenk auf. Durch die dabei entstehende Reibung wird das Material des Hohlkörpers dort un- verhältnismäßig stark auseinandergezogen, so daß die Blechdicke verringert wird, bzw. es zu einer Materialausdünnung kommt, was Reißer schon während des Vorprofilierungsvorganges zur Folge haben kann. Auf jeden Fall wird die nachfolgende Endumformung mittels Innenhochdruck aufgrund der Materialschwächung der vor- profilierten Hohlkörperform zum Bersten des Hohlkörpers führen.

Eine prozeßsichere Herstellung eines derartigen Hohlkörpers ist somit nicht gewährleistet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren dahingehend weiterzubilden, daß eine prozeßsichere Herstellung eines Hohlkörpers erreicht werden kann, der als Rohling Flächen aufweist, die in spitzem Winkel zur Absenkrich- tung des Obergesenkes verlaufen und die bei der Vorprofilierung mit diesem in Reibkontakt gelangen. Des weiteren soll eine Vor- richtung aufgezeigt werden, mit der dieser Hohlkörper herstell- bar ist.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patent- anspruches 1 hinsichtlich des Verfahrens und durch die Merkmale des Patentanspruches 4 hinsichtlich der Vorrichtung gelöst.

Dank der Erfindung wird die Reibung, die zwischen Werkzeug und dem vorzuprofilierenden Hohlkörper entsteht, als Rollreibung von der Walze aufgenommen, wodurch sich die Reibungsenergie nicht auf den Hohlkörper auswirkt, sondern von diesem weg auf das Werkzeug bzw. das Obergesenk verlagert wird. Dort wird die Reibungsenergie in rotatorische kinetische Energie umgewandelt.

Aufgrund dessen wird die Beanspruchung des Hohlkörpers durch das Obergesenk beim Vorprofilieren an den kritischen Stellen, den in spitzem Winkel zur Absenkrichtung des Obergesenkes ver- laufenden Flachen, wesentlich reduziert, so daß eine prozeßge- fährdende Materialausdünnung unterbleibt. Somit können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. mit der erfindungsgemäßen Vor- richtung auch geometrisch kompliziert gestaltete Hohlkörper oh- ne erkennbare Symmetrie prozeßsicher in eine Profilform umge- formt werden.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteran- sprüchen entnommen werden ; im übrigen ist die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles nachfolgend näher erläutert ; dabei zeigt : Fig. 1 in einem seitlichen Längsschnitt die erfindungsgemäße Vorrichtung bei geöffnetem Umformwerkzeug in Gebrauchslage der Walze mit eingelegtem Hohlkörper in nicht-vorprofiliertem Zu- stand, Fig. 2 die Vorrichtung aus Fig. 1 in einem Querschnitt, Fig. 3 in einem seitlichen Längsschnitt die erfindungsgemäße Vorrichtung aus Fig. 1 in Schließlage des Umformwerkzeugs mit vorprofiliertem Hohlkörper, Fig. 4 die Vorrichtung aus Fig. 3 in einem Querschnitt, Fig. 5 in einem seitlichen Längsschnitt die erfindungsgemäße Vorrichtung aus Fig. 1 bei geöffnetem Umformwerkzeug in Ge- brauchslage des Matrizenstückes mit vorprofiliertem Hohlkörper, Fig. 6 die Vorrichtung aus Fig. 5 in einem Querschnitt, Fig. 7 in einem seitlichen Längsschnitt die erfindungsgemäße Vorrichtung aus Fig. 5 in Schließlage des Umformwerkzeuges nach" Innenhochdruckumformung des Hohlkörpers, Fig. 8 die Vorrichtung aus Fig. 7 in einem Querschnitt.

In Fig. 1 ein Hohlkörper 1 dargestellt, der in Form eines mäan- derförmig gebogenen Rohres mit kreisrundem Querschnitt in ein Innenhochdruck-Umformwerkzeug 2 eingelegt wird. Das Innenhoch- druck-Umformwerkzeug 2 ist in ein hubbewegliches Obergesenk 3 und ein Untergesenk 4 geteilt, deren Gravuren 5, 6 im Schließzu- stand des Umformwerkzeuges einen Formraum für den umzuformenden Hohlkörper 1 bilden. Das Untergesenk 4 weist eine dem Mäander des Hohlkörpers l formähnliche Kuppe 7 auf, über die ein Ab- schnitt der Gravur 6 führt und um die sich an diesem Gravurab- schnitt teilweise anliegend der Hohlkörper 1 mit seinem Mäander schlingt. Das Obergesenk 3 enthält eine zum Mäander in grober Näherung formnegative Aussparung 8, in der entsprechend dem Verlauf des Gravurabschnittes der Kuppe 7 das Gravurgegenstück zu diesem verläuft und die diesem in Schließlage des Umform- werkzeuges 2 übergestülpt ist.

In den Endbereichen 9 der Aussparung 8 ist jeweils ein quer zu dieser bewegliches Werkzeugmodul 10 angeordnet, das aus einem Obergesenksegment 11, einer Walze 12, einem Matrizenstück 13 und einer Achse 14 besteht (Fig. 2). Das Segment 11 weist eine axiale Durchgangsbohrung 15 auf, in der die Achse 14 gehalten ist. Die Achse 14 trägt das Matrizenstück 13, das an ihr dreh- starr befestigt ist, und die sich unmittelbar an das Matrizen- stück 13 axial anschließende Walze 12, die mit einem Gleitlager 16 auf der Achse 14 drehbar gelagert ist. Das Segment 11 weist hierzu eine Aufnahmekammer 17 auf, die zum Untergesenk 4 hin offen ist und die von der Achse 14 axial durchragt wird. Die Achse 14 ist als Kolbenstange eines Steuerzylinders 18 ausge- bildet, der an der Außenseite 19 des Obergesenkes 3 ange- schraubt ist und mittels dessen das Werkzeugmodul 10 in axialer Richtung hin- und herbeweglich antreibbar ist.

Hierfür ist im Obergesenk 3 ein Verschieberaum 20 angeordnet,' der ebenfalls zum Untergesenk 4 hin offen ist und in dem das längliche Werkzeugmodul 10 axial zwischen zwischen zwei defi- nierten Anschlägen verschiebbar gehalten ist. Der eine Anschlag wird durch die steuerzylinderseitige Stirnwand 21 des Verschie- beraumes 20 und der andere Anschlag durch die steuerzylinderab- gewandte Stirnwand 22 des Verschieberaumes 20 gebildet. Die Stirnwand 22 weist eine kreisrunde Zentrieraufnahme 23 auf, die einem Zentrierteller 24 zugeordnet ist, der auf der dem Steuer- zylinder 18 abgewandten Seite 25 des Segmentes 11 anliegt und mit der Kolbenstange verbunden ist bzw. den dortigen Abschluß der Achse 14 bildet. Die Befestigungsschraube 32 des Steuerzy- linders 18 durchragt sowohl eine randseitige axiale Bohrung 33 des Obergesenksegmentes 11 als auch den Verschieberaum 20 und dient somit auch als zusätzlicher Halt und Führung für das Werkzeugmodul 10 und insbesondere als Gewichtsentlastung für die Achse 14.

Während im Matrizenstück 13 ein Gravurteil 26 ausgebildet ist, der an dieser Stelle mit der Gravur 6 im Schließzustand die ex- akte Kontur des in etwa rechteckigen Formraumes für die ab- schließende Innenhochdruckumformung ausbildet, ist der Außen- durchmesser der Walze 12 derart gewählt, daß diese mit der Gra- vur 6 des Untergesenkes 4 einen Raum einschließt, in dem der Hohlkörper eine der der Endform grob angenäherte Vorform anneh- men und somit eine geeignete Vorprofilierung erfolgen kann.

Zum Vorprofilieren senkt sich das Obergesenk 3 auf das Unterge- senk 4 ab. Während der Absenkbewegung gelangt das Obergesenk 3 über die Endbereiche 9 seiner Aussparung 8 mit Flächen 27 des Hohlkörpers 1 in Reibkontakt, die in spitzem Winkel zur Ab- senkrichtung des Obergesenkes 3 verlaufen. Diese Flächen 27 sind in diesem Ausführungsbeispiel die Oberflächen der Biege- konturen des Hohlkörpers 1. Vor der Beaufschlagung des Oberge- senkes 3 treibt der Steuerzylinder 18 das Werkzeugmodul 10 der- art an, daß dessen dem Zylinder 18 zugewandte Stirnseite 28 an der Stirnwand 21 des Verschieberaumes 20 anliegt. Diese An- schlagslage definiert dabei die Vorprofilierungsposition der Walze 12. Daher kommt beim Reibkontakt der Endbereiche 9 allein die Walze 12 in unmittelbare Berührung mit den Flächen 27 des Hohlkörpers l. Das Matrizenstück 13 nimmt dabei eine Nicht- Gebrauchslage an.

Mit der Absenkbewegung quetscht die Walze 12 einerseits den Hohlkörper 1 im Bereich dieser Flächen 27, rollt jedoch gleich- zeitig reibungsmindernd auf diesen ab. Die restlichen ungeboge- nen Abschnitte des Hohlkörpers 1 werden von den sich an das Obergesenksegment 11 anschließenden Bereichen des Obergesenkes 3 quetschend vorprofiliert. Die Vorprofilierung des Hohlkörpers 1 durch die Walze 12 und die anschließenden Bereiche des Ober- gesenkes 3 ist in Schließlage des Umformwerkzeuges 2 beendet (Fig. 3 und Fig. 4). Der Hohlkörper 1 weist nun im Gegensatz zu seiner Ausgangsform mit kreisrundem Querschnitt eine ge- knautschte der endgültigen rechteckigen Querschnittsform grob angenäherte Vorform 29 auf. Der Hohlkörper 1 wird im übrigen durch das Obergesenk 3 und durch die in diesem integrierten Walze 12 entsprechend der Kontur des Untergesenkes 4 vollstän- dig an die Kuppe 7 angepreßt.

Es sei angemerkt, daß der Hohlkörper 1 nicht durchgängig über seine gesamte Erstreckung vorprofiliert sein muß. Er kann auch nur partiell gequetscht sein. Wesentlich ist jedoch, daß über- all, wo das Obergesenk 3 mit in spitzem Winkel zu dessen Ab- senkbewegung verlaufenden Flächen 27 des Hohlkörpers 1 in Reib- kontakt kommt, eine Walze 12 zur Beaufschlagung angeordnet ist.

Der Hohlkörper 1 erfordert dabei nicht zwangsläufig eine Biege- form, sondern kann an seiner dem Obergesenk 3 zugewandten Ober- fläche unregelmäßig, beispielsweise wellig konturiert sein.

Nach der Vorprofilierung wird das Obergesenk 3 etwas angehoben, so daß sich zwischen der Walze 12 bzw. dem Werkzeugmodul 10 und dem vorprofilierten Hohlkörper l, wie aus Fig. 5 und 6 entnehm- bar ist, ein Spalt 30 ausbildet. Alsdann treibt der Steuerzy- linder 18 das Werkzeugmodul 10 entsprechend der Pfeilrichtung derart an, daß dieses mit der dem Steuerzylinder 18 abgewandteni Seite 25 des Segmentes 11 an der Stirnwand 22 des Verschiebe- raumes 20 zu liegen kommt, wobei in der Zentrieraufnahme 23 der Stirnwand 22 der Zentrierteller 24 aufgenommen ist. Das Werk- zeugmodul 10 ist damit in seiner ausgezogenen Lage zentriert und auch radial gehalten. Diese Lage des Werkzeugmoduls 10 de- finiert die Einpassungsposition des Gravurteils 26 des Matri- zenstückes 13 in die restliche Gravur 5 des Obergesenkes 3, wo- bei nun die Walze 12 in einer Nicht-Gebrauchsstellung liegt.

Danach wird das Umformwerkzeug 2 wieder geschlossen, wobei das Gravurteil 26 des in Gebrauchsstellung gebrachten Matrizenstük- kes 13 mit der Gravur 6 des Untergesenkes 4 einen Formraumab- schnitt für die gewünschte Endkontur des Hohlkörpers 1 bildet.

Anschließend wird der Hohlkörper 1 mit einem Hochdruckfluid be- füllt, beiderends geeignet abgedichtet und mittels einer Hoch- druckerzeugungsanlage das Fluid hochgespannt. Aufgrund des da- bei sich ergebenden Innenhochdrucks wird der Hohlkörper 1 auf- geweitet, wobei sich dessen Wandungen konturgetreu zur Errei- chung der Endform 31 an die des Formraumes anlegen (Fig. 7 und 8).

Im Rahmen der Erfindung ist es denkbar, für den Vorprofilie- rungsvorgang ein zum Innenhochdruck-Umformwerkzeug 2 gesonder- tes Umformwerkzeug zu verwenden, so daß die Umformvorrichtung zwei Umformwerkzeuge umfaßt und nicht - wie oben beschrieben - ein einziges Umformwerkzeug mit der Integration der Funktionei- genschaften von zweien beinhaltet, wobei im letzteren Falle das Obergesenk 3 mit Oberwerkzeug und das Untergesenk 4 mit dem Unterwerkzeug des Innenhochdruck-Umformwerkzeuges 2 identisch ist. Zwar ist diese Ausführung weniger verfahrensökonomisch als der Einsatz eines einzigen Werkzeuges, mit dem sowohl vorprofi- liert wird als auch das vorprofilierte Werkstück mittels Innen- hochdruck fertigumgeformt werden kann, jedoch brauchen bei ei- nem separaten Vorprofilierungswerkzeug zum einen keine hohen Anforderungen an die Oberflächenqualität der Gravur gestellt zu werden, was die Herstellung des Werkzeuges preiswerter macht und vereinfacht, und somit kleine beim Vorprofilieren auftre- tende Beschädigungen der Gravur bzw. Gravurverschleiß für den gesamten Umformvorgang völlig unerheblich sind, und zum anderen wird die qualitativ extrem hochwertige Oberfläche der Gravur des Innenhochdruck-Umformwerkzeuges geschont, da mit dieser keine mechanische Beaufschlagung durch das vorprofilierende Zu- sammenquetschen erfolgt.

Des weiteren ist es denkbar, anstelle des verschiebbaren Werk- zeugmoduls 10 ein am Obergesenk 3 lösbar befestigtes, axial un- bewegliches Matrizenstück 13 bzw. eine Walze 12 vorzusehen, wo- bei je nach Einsatzfall das Matrizenstück 13 für die Walze 12 ausgetauscht wird. Auch diese Möglichkeit dient nicht einem möglichst schnellen Prozeßablauf, jedoch entfällt die Steue- rung, der Steuerzylinder 18 sowie das Segment 11, wodurch die gesamte Umformvorrichtung vereinfacht wird.

Schließlich ist es denkbar, daß die in spitzem Winkel zur Ab- senkrichtung des Obergesenkes 3 verlaufenden Flächen 27 erst durch die Schließbewegung des Obergesenkes 3 erzeugt werden, wobei Hohlkörperrohling in seiner Ausgangsform geradlinig ge- staltet ist und keine Diskontinuitäten bezüglich des Verlaufes seiner Oberfläche aufweist und waagrecht im Umformwerkzeug 2 zu liegen kommt. Dadurch ist es in einfacher Weise möglich, in ei- nem einzigen Umformwerkzeug 2 mit einer einzigen Gravur drei voneinander verschiedenen Umformtechniken auszuführen. Hierbei werden Verlaufsformgebung und Vorprofilierung des Hohlkörpers 1 in einem einzigen Arbeitsgang gleichzeitig erzielt.