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Title:
METHOD AND DEVICE FOR PRESSURE FORMING HOLLOW SECTIONS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/024635
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method and a device for pressure forming hollow sections by using a forming fluid. In order to reduce the operating costs for the pressure forming of hollow sections, the method according to the invention comprises the following steps: step A: reducing a volume of a semi-finished hollow section (1) which can be occupied by the forming fluid. Step B: heating the semi-finished hollow section (1). Step C: forming the heated semi-finished hollow section (1) by means of the forming fluid under pressure.

Inventors:
PAUL ALEXANDER
Application Number:
EP2017/069171
Publication Date:
February 08, 2018
Filing Date:
July 28, 2017
Export Citation:
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Assignee:
FRAUNHOFER-GESELLSCHAFT ZUR FÖRDERUNG DER ANGEWANDTEN FORSCHUNG E.V. (Hansastraße 27C, München, 80686, DE)
International Classes:
B21D26/033; B21D26/041; B21D37/16
Attorney, Agent or Firm:
KOCH, Jens (GRÜNECKER PATENT- UND RECHTSANWÄLTE PARTG MBB, Leopoldstraße 4, München, 80802, DE)
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Claims:
Ansprüche

Verfahren zum Druckumformen von Hohlprofilen mit einem Umformfluid, umfassend die Schritte: a. Schritt A: Verringerung eines durch das Umformfluid einnehmbaren Volumens innerhalb eines Hohlprofil-Halbzeugs (1 ). b. Schritt B: Erwärmen des Hohlprofil-Halbzeugs (1 ). c. Schritt C: Umformen des erwärmten Hohlprofil-Halbzeugs (1 ) durch das mit Druck beaufschlagte Umformfluid.

Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass Schritt A wenigstens einen der folgenden Teilschritte umfasst: a. Schritt A1 : Bereitstellen des Hohlprofil-Halbzeugs, beispielsweise aus Metall, insbesondere aus Stahl oder Aluminium, vorzugsweise in Form eines Rohres, das sich entlang einer geraden und/oder gekrümmten Rohrachse erstreckt, wobei das Rohr bevorzugt ein oder zwei offene Enden aufweist, wobei das Rohr besonders bevorzugt über wenigstens einen Teil entlang der Rohrachse oder entlang der gesamten Rohrachse einen konstanten Querschnitt aufweist. b. Schritt A2: Biegen und/oder Mechanisches Formen des Hohlprofil-Halbzeugs, vorzugsweise in die bestimmungsgemäße Form des Endprodukts. c. Schritt A3: Beschichten des Hohlprofil-Halbzeugs gegen Verzunderung. d. Schritt A4: Befüllen eines, mehrerer, oder sämtlicher Hohlräume des Hohlprofil- Halbzeugs, vorzugsweise derart, dass der Hohlraum/die Hohlräume teilweise oder vollständig befüllt ist/sind, bevorzugt derart, dass das einzubringende Umformfluid auf die Innenwand/Innenwände des befüllten Hohlprofil-Halbzeugs wirken kann. e. Schritt A5: Befüllen des Hohlprofil-Halbzeugs mit einem losen Füllmaterial, das vorzugsweise derart beschaffen ist, dass es das durch das Umformfluid einnehmbare Volumen selbsttätig einnimmt, wobei das lose Füllmaterial bevorzugt ausgewählt ist aus einer Gruppe von Füllmaterialien, umfassend: Schüttgut, bei- spielsweise Sand, insbesondere temperaturbeständigen Quarzsand, oder Perlen, beispielsweise Zirkoniaperlen. f. Schritt A6: Befüllen des Hohlprofil-Halbzeugs mit einem flexiblen und/oder formbaren und/oder formveränderlichen Füllmaterial, das vorzugsweise derart beschaffen ist, dass es sich beim Befüllen des Hohlprofil-Halbzeugs einer Innenkontur des Hohlprofil-Halbzeugs anpasst, wobei das Füllmaterial bevorzugt ausgewählt ist aus einer Gruppe von Füllmaterialien, umfassend: Draht, insbesondere Stahldraht, hochtemperaturfesten Heizdraht, eine Telekopiereinrichtung wie einen Teleskopzylinder mit einem Vollzylinder und wenigstens einem gegenüber dem Vollzylinder bewegbaren Hohlzylinder. g. Schritt A7: Befüllen des Hohlprofil-Halbzeugs mit einem festen Füllmaterial, das vorzugsweise einer Innenkontur des Hohlprofil-Halbzeugs angepasst ist, wobei das feste Füllmaterial bevorzugt ausgewählt ist aus einer Gruppe von Füllmaterialien, umfassend: Stäbe, Stangen, Dorne. h. Schritt A8: Befüllen des Hohlprofil-Halbzeugs mit einer beheizbaren und/oder beheizten Füllung, sodass dem Hohlprofil-Halbzeug wenigstens ein Teil der oder die gesamte erforderliche Wärmemenge im Rahmen des Schritts B über die Füllung zugeführt werden kann. i. Schritt A9: Fixieren der Füllung innerhalb des Hohlprofil-Halbzeugs, um eine Bewegung der Füllung gegenüber dem Hohlprofil-Halbzeug zu verhindern. j. Schritt A10: Verschließen einer, mehrerer oder sämtlicher Zugangsöffnungen des befüllten Hohlprofil-Halbzeugs, um ein Austreten der Füllung aus dem Hohlprofil- Halbzeug zu verhindern.

3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt B wenigstens einen der folgenden Teilschritte umfasst: a. Schritt B1 : Erwärmen des Hohlprofil-Halbzeugs durch Induktion, Konduktion, Kontakterwärmung oder im Ofen. b. Schritt B2: Erwärmen des Hohlprofil-Halbzeugs auf eine Austenitisierungstemperatur oder Lösungsglühtemperatur. c. Schritt B3: Erwärmen des Hohlprofil-Halbzeugs auf eine Arbeitstemperatur im Bereich von 500 bis 1 100 °C, vorzugsweise von 550 bis 1 100 °C.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt C wenigstens einen der folgenden Teilschritte umfasst: a. Schritt C1 : Einbringen des befüllten und erwärmten Hohlprofil-Halbzeugs in ein Werkzeug zu Umformung, vorzugsweise durch ein automatisches Handling. b. Schritt C2: Verschließen des Werkzeugs und/oder Abdichten des Hohlprofil- Halbzeugs, vorzugsweise durch eine oder mehrere Dichteinheiten, wobei die eine oder mehrere Dichteinheiten bevorzugt eine oder mehrere Zugangsöffnungen des Hohlprofil-Halbzeugs verschließt/verschließen. c. Schritt C3: Bereitstellen eines gasförmigen Umformfluids, vorzugsweise Luft, Stickstoff oder Argon. d. Schritt C4: Bereitstellen eines mit Druck beaufschlagten Umformfluids außerhalb des Hohlprofil-Halbzeugs, vorzugsweise in einem Druckspeicher, bevorzugt auf Arbeitsdruck. e. Schritt C5: Einleiten des mit Druck beaufschlagten Umformfluids in das Hohlprofil- Halbzeug, vorzugsweise durch Überführung des Umformfluids aus einem Druckspeicher. f. Schritt C6: Erhöhen des Drucks innerhalb des Hohlprofil-Halbzeugs mit einer Druckaufbaurate im Bereich von 10 bis 1000 bar pro Sekunde, bevorzugt im Bereich von 500 bis 1000 bar pro Sekunde, besonders bevorzugt im Bereich von 800 bis 1000 bar pro Sekunde. g. Schritt C7: Erhöhen des Drucks innerhalb des Hohlprofil-Halbzeugs auf einen Arbeitsdruck, wobei der Arbeitsdruck vorzugsweise im Bereich von 1 bis 1200 bar, bevorzugt im Bereich von 100 bis 1200 bar, besonders bevorzugt im Bereich von 300 bis 1200 bar liegt. h. Schritt C8: Filterung des Umformfluids beim Ablassen aus dem Hohlprofil- Halbzeug nach erfolgter Umformung, um Füllung und Umformfluid voneinander zu trennen. i. Schritt C9: Entfernen der Füllung aus dem umgeformten Hohlprofil, vorzugsweise im abgekühlten Zustand.

Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte A bis C in Taktzeiten von bis zu 60 Sekunden, vorzugsweise bis zu 45 Sekunden, bevorzugt bis zu 30 oder 20 Sekunden wiederholt werden.

Vorrichtung zum Druckumformen von Hohlprofilen nach dem Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche.

Description:
Verfahren und Vorrichtung zur Druckumformung von Hohlprofilen

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Druckumformung von Hohlprofilen, insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Einstellung finaler Produkteigenschaften an Hohlprofilen in temperierten Druck-Umformprozessen.

Technisches Problem

Beim Presshärten und/oder Abschrecken (Quenching)von Hohlprofilen aus Metall, insbesondere aus Stahl oder Aluminium, wird als Umformmedium in der Regel ein Gas eingesetzt. Das Halbzeug wird vor der Umformung z.B. in einem Ofen, mit einem Induktor, durch Konduktion oder Kontakterwärmung erwärmt und dann mit einem automatischen oder manuellen Handling in einem Werkzeug für die Umformung positioniert. Das Werkzeug für die Umformung besteht aus einem Oberteil und einem Unterteil, welche in eine Presse oder dergleichen eingebaut sind. In dieses Werkzeug wird dann das Halbzeug eingelegt. Dann wird das Werkzeug geschlossen und an den Rohrenden durch axiale Dichteinheiten abgedichtet. Erst dann kann der Umformprozess gestartet werden.

Das Umformmedium, hier ein Gas, wird von einer Gasdruckerzeugereinheit über Schläuche oder Rohre in das Bauteil geleitet. Dabei ist es aus umformtechnischer Sicht sehr wichtig, dass der Druckaufbau (bis 1 .200 bar) sehr schnell erfolgen muss. Druckaufbauraten bis zu 1000 bar/Sekunde sollten dabei erzielt werden.

Diese extreme schnelle Verdichtung des Gases führt zum eigentlichen technischen Problem. Die Druckaufbaurate ist stark abhängig vom Volumen des Bauteils. Bauteilvolumen bis zu 15 Liter können dabei schon auftreten. Um diese Bauteilvolumen bei einem hohen Innendruck zu verdichten, bedarf es großen Druckspeichern sowie Kompressoren an der Gasdruckerzeugereinheit.

Dies ist wirtschaftlich sehr kostspielig, da ja die gesamte benötigte Gasmenge in diesen Speichern auch vorverdichtet werden muss, was letztendlich sehr viel Energie aber auch Zeit verlangt. In einer Serienfertigung sind bei dieser Umformtechnologie Taktzeiten von 20 bis 30 Sekunden üblich. Dies erfordert große Anstrengungen, diese benötigten Gasvolumen vorzuhalten bzw. bereitzustellen. Im Sinne einer ressourceneffizienten Produktion müssen andere wirtschaftlichere Lösungen gefunden werden. Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zu Grunde, die Betriebskosten bei der Druckumformung von Hohlprofilen zu senken und ein dafür geeignetes Verfahren sowie eine dafür geeignete Vorrichtung bereitzustellen.

Die Erfindung wird im Hinblick auf das Verfahren gelöst durch den Gegenstand des Anspruchs 1 . Das erfindungsgemäße Verfahren zur Druckumformung von Hohlprofilen mit einem Umformfluid umfasst die folgenden Schritte:

Schritt A: Verringerung eines durch das Umformfluid einnehmbaren Volumens innerhalb eines Hohlprofil-Halbzeugs.

Schritt B: Erwärmen des Hohlprofil-Halbzeugs.

Schritt C: Umformen des erwärmten Hohlprofil-Halbzeugs durch das mit Druck beaufschlagte Umformfluid.

Der erfindungsgemäße Ansatz für die Lösung des oben genannten technischen Problems ist die Verringerung des Bauteilvolumens im Hohlprofil-Halbzeug, sodass eine deutlich geringere Menge an Umformfluid zur Druckumformung des Hohlprofil-Halbzeugs von Nöten ist. Folgende Anforderungen an der Umsetzung sollten berücksichtigt werden:

Einströmendes Umformfluid sollte an der gesamten Innenfläche und zur gleichen Zeit wirken, als wäre keine reduzierende Maßnahme des Bauteilvolumens im Hohlprofil vorhanden.

Die reduzierende Maßnahme des Bauteilvolumens im Hohlprofil sollte temperaturbeständig bis 1 100 Grad sein und keine chemischen Reaktionen mit dem Halbzeug eingehen.

Das Einbringen aber auch das Ausbringen dieser Maßnahme im Inneren des Hohlprofils sollte keinen großen zusätzlichen Arbeitsschritt generieren und die Taktzeit der Produktion nicht verlangsamen.

Die Verringerung des durch das Umformfluid einnehmbaren Volumens wird vorzugsweise durch eine Füllung bewerkstelligt. Dabei spielt es keine Rolle, ob eine Füllung in den Innenraum des Hohlprofil-Halbzeugs eingebracht oder das Hohlprofil-Halbzeug z.B. auf eine Füllung aufgebracht wird. Maßgeblich ist, dass das durch das Umformfluid einnehmbare Volumen reduziert wird.

Hinsichtlich der Erweiterung der Prozessgrenzen in der Umformung und Anwendung von neuen Technologien sowie eine effiziente Verfahrensintegration des Faktors Temperatur sind auch die nachstehend genannten Ausgestaltungen der Erfindung, die Gegenstände der Unteransprüche sind, von Vorteil.

Es kann von Vorteil sein, Schritt A wenigstens einen der folgenden Teilschritte umfasst:

Schritt A1 : Bereitstellen des Hohlprofil-Halbzeugs, beispielsweise aus Metall, insbesondere aus Stahl oder Aluminium, vorzugsweise in Form eines Rohres, das sich entlang einer geraden und/oder gekrümmten Rohrachse erstreckt, wobei das Rohr bevorzugt ein oder zwei offene Enden aufweist, wobei das Rohr besonders bevorzugt über wenigstens einen Teil entlang der Rohrachse oder entlang der gesamten Rohrachse einen konstanten Querschnitt aufweist.

Schritt A2: Biegen und/oder Mechanisches Formen des Hohlprofil-Halbzeugs, vorzugsweise in die bestimmungsgemäße Form des Endprodukts.

Schritt A3: Beschichten des Hohlprofil-Halbzeugs gegen Verzunderung.

Schritt A4: Befüllen eines, mehrerer, oder sämtlicher Hohlräume des Hohlprofil-Halbzeugs, vorzugsweise derart, dass der Hohlraum/die Hohlräume teilweise oder vollständig befüllt ist/sind, bevorzugt derart, dass das einzubringende Umformfluid auf die Innenwand/Innenwände des befüllten Hohlprofil-Halbzeugs wirken kann.

Schritt A5: Befüllen des Hohlprofil-Halbzeugs mit einem losen Füllmaterial, das vorzugsweise derart beschaffen ist, dass es das durch das Umformfluid einnehmbare Volumen selbsttätig einnimmt, wobei das lose Füllmaterial bevorzugt ausgewählt ist aus einer Gruppe von Füllmaterialien, umfassend: Schüttgut, beispielsweise Sand, insbesondere temperaturbeständigen Quarzsand, oder Perlen, beispielsweise Zirkoniaperlen.

Schritt A6: Befüllen des Hohlprofil-Halbzeugs mit einem flexiblen und/oder formbaren und/oder formveränderlichen Füllmaterial, das vorzugsweise derart beschaffen ist, dass es sich beim Befüllen des Hohlprofil-Halbzeugs einer Innenkontur des Hohlprofil-Halbzeugs an- passt, wobei das Füllmaterial bevorzugt ausgewählt ist aus einer Gruppe von Füllmaterialien, umfassend: Draht, insbesondere Stahldraht, hochtemperaturfesten Heizdraht, eine Teleskopiereinrichtung wie einen Teleskopzylinder mit einem Vollzylinder und wenigstens einem gegenüber dem Vollzylinder bewegbaren Hohlzylinder.

Schritt A7: Befüllen des Hohlprofil-Halbzeugs mit einem festen Füllmaterial, das vorzugsweise einer Innenkontur des Hohlprofil-Halbzeugs angepasst ist, wobei das feste Füllmaterial bevorzugt ausgewählt ist aus einer Gruppe von Füllmaterialien, umfassend: Stäbe, Stangen, Dorne.

Schritt A8: Befüllen des Hohlprofil-Halbzeugs mit einer beheizbaren und/oder beheizten Füllung, sodass dem Hohlprofil-Halbzeug wenigstens ein Teil der oder die gesamte erforderliche Wärmemenge im Rahmen des Schritts B über die Füllung zugeführt werden kann.

Schritt A9: Fixieren der Füllung innerhalb des Hohlprofil-Halbzeugs, um eine Bewegung der Füllung gegenüber dem Hohlprofil-Halbzeug zu verhindern.

Schritt A10: Verschließen einer, mehrerer oder sämtlicher Zugangsöffnungen des befüllten Hohlprofil-Halbzeugs, um ein Austreten der Füllung aus dem Hohlprofil-Halbzeug zu verhindern.

Die genannten Teilschritte können in der angegebenen Reihenfolge oder, soweit zweckdienlich und sinnvoll, in einer beliebigen anderen Reihenfolge gegebenenfalls unter Auslassung einzelner oder mehrerer Teilschritte ausgeführt werden. Durch die genannten Maßnahmen kann das durch das Umformfluid einnehmbare Volumen innerhalb des Hohlprofil-Halbzeugs effektiv verringert werden, sodass die zur Druckumformung erforderliche Menge an Umformfluid im Ergebnis deutlich reduziert werden kann.

Vorzugsweise ist das lose Füllmaterial ein Schüttgut, d.h. ein körniges oder auch stückiges Gemenge, das in einer schüttfähigen Form vorliegt. Bestimmt werden die Eigenschaften von Schüttgut durch die Korngröße und der Kornverteilung sowie die Schüttdichte, den Schüttwinkel, die Feuchtigkeit und der Temperatur. Bei der Verwendung eines losen Füllmaterials erweist es sich als sinnvoll, wenn die Schüttdichte derart gewählt ist, dass das Umformfluid die Innenwände des Hohlprofil-Halbzeugs in jedem Falle gut erreichen kann.

Der Effekt der Verringerung des durch das Umformfluid einnehmbaren Volumens kommt besonders vorteilhaft zur Geltung, wenn die Füllung selbst nicht von dem Umformfluid durchdrungen wird. Insofern eignen sich besonders Füllungen oder Füllmaterialien mit geschlossener und druckdichter Oberfläche, insbesondere Füllungen oder Füllmaterialien aus Vollmaterial.

Es kann aber auch nützlich sein, wenn Schritt B wenigstens einen der folgenden Teilschritte umfasst:

Schritt B1 : Erwärmen des Hohlprofil-Halbzeugs durch Induktion, Konduktion, Kontakterwärmung oder im Ofen. Schritt B2: Erwärmen des Hohlprofil-Halbzeugs auf eine Austenitisierungstemperatur (bei Stahl) oder Lösungsglühtemperatur (bei Aluminium).

Schritt B3: Erwärmen des Hohlprofil-Halbzeugs auf eine Arbeitstemperatur im Bereich von 500 bis 1 100 °C, vorzugsweise von 550 bis 1 100 °C.

Das Erwärmen des Hohlprofil-Halbzeugs kann vor und/oder nach und/oder gleichzeitig mit dem Einbringen der Füllung erfolgen. Die genannten Teilschritte können in der angegebenen Reihenfolge oder, soweit zweckdienlich und sinnvoll, in einer beliebigen anderen Reihenfolge gegebenenfalls unter Auslassung einzelner oder mehrerer Teilschritte ausgeführt werden.

Es kann aber auch sinnvoll sein, wenn Schritt C wenigstens einen der folgenden Teilschritte umfasst:

Schritt C1 : Einbringen des befüllten und erwärmten Hohlprofil-Halbzeugs in ein Werkzeug zur Umformung, vorzugsweise durch ein automatisches Handling.

Schritt C2: Verschließen und/oder Abdichten des Hohlprofil-Halbzeugs, vorzugsweise durch eine oder mehrere Dichteinheiten, wobei die eine oder mehrere Dichteinheiten bevorzugt eine oder mehrere Zugangsöffnungen des Hohlprofil-Halbzeugs verschließt/verschließen.

Schritt C3: Bereitstellen eines gasförmigen Umformfluids, vorzugsweise Luft, Stickstoff oder Argon.

Schritt C4: Bereitstellen eines mit Druck beaufschlagten Umformfluids außerhalb des Hohlprofil-Halbzeugs, vorzugsweise in einem Druckspeicher, bevorzugt auf Arbeitsdruck.

Schritt C5: Einleiten des mit Druck beaufschlagten Umformfluids in das Hohlprofil-Halbzeug, vorzugsweise durch Überführung des Umformfluids aus einem Druckspeicher.

Schritt C6: Erhöhen des Drucks innerhalb des Hohlprofil-Halbzeugs mit einer Druckaufbaurate im Bereich von 10 bis 1000 bar pro Sekunde, bevorzugt im Bereich von 500 bis 1000 bar pro Sekunde, besonders bevorzugt im Bereich von 800 bis 1000 bar pro Sekunde.

Schritt C7: Erhöhen des Drucks innerhalb des Hohlprofil-Halbzeugs auf einen Arbeitsdruck, wobei der Arbeitsdruck vorzugsweise im Bereich von 1 bis 1200 bar, bevorzugt im Bereich von 100 bis 1200 bar, besonders bevorzugt im Bereich von 300 bis 1200 bar liegt. Schritt C8: Filterung des Umformfluids beim Ablassen aus dem Hohlprofil-Halbzeug nach erfolgter Umformung, um Füllung und Umformfluid voneinander zu trennen.

Schritt C9: Entfernen der Füllung aus dem umgeformten Hohlprofil, vorzugsweise im abgekühlten Zustand.

Die genannten Teilschritte können in der angegebenen Reihenfolge oder, soweit zweckdienlich und sinnvoll, in einer beliebigen anderen Reihenfolge gegebenenfalls unter Auslassung einzelner oder mehrerer Teilschritte ausgeführt werden.

Es kann von Vorteil sein, wenn die Schritte A bis C in Taktzeiten von bis zu 60 Sekunden, vorzugsweise bis zu 45 Sekunden, bevorzugt bis zu 30 oder 20 Sekunden wiederholt werden.

Die Aufgabe der Erfindung wird im Hinblick auf die Vorrichtung gelöst durch den Gegenstand des Anspruchs 6, betreffend eine Vorrichtung zum Druckumformen von Hohlprofilen nach dem Verfahren gemäß einer der vorangehenden Ausführungen.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich durch beliebige Kombinationen der in dieser Anmeldung offenbarten Merkmale.

Kurze Beschreibung der Figuren

Figur 1 zeigt eine schematische, perspektivische Ansicht (a) und eine schematische Vorderansicht (b) eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zu bearbeitenden Hohlprofil-Halbzeugs.

Figur 2 zeigt eine schematische Ansicht eines Umformwerkzeugs und eines mit einem Druckspeicher verbundenen sowie mit Füllung versehenen und erwärmten Hohlprofil-Halbzeugs nach Schritt C des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Detaillierte Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels

In Schritt A des erfindungsgemäßen Verfahrens, d.h. vor der Erwärmung im Rahmen des Schritts B, werden die rohrformigen Hohlprofil-Halbzeuge 1 gebogen und bei Notwendigkeit noch mechanisch vorgeformt. Bei Bedarf werden dann die gebogenen bzw. vorgeformten Hohlprofil-Halbzeuge 1 gegen eine Verzunderung beschichtet.

Um das durch das Umformfluid einnehmbare Volumen und folglich die notwendige Menge des Umformfluids zu verringern, wird vor der Erwärmung der Hohlprofil-Halbzeuge 1 eine Füllung 2 in das Rohrinnere eingebracht. Grundsätzlich kann die Füllung 2 in loses oder festes Füllmaterial unterschieden werden.

Wenn loses Füllmaterial, zum Beispiel temperaturbeständiger Quartzsand bzw. Zirkoniaperlen oder ein anderes vergleichbares loses Füllmaterial, in das Hohlprofil-Halbzeug 1 vor der Erwärmung eingebracht wird, dann müssen die Enden des Hohlprofil-Halbzeugs 1 für das Handling im weiteren Verfahrensablauf verschlossen werden, damit kein Füllmaterial beim Handling austreten kann. Im Prozess kann die Abdichtung der Enden des rohrförmigen Hohlprofil-Halbzeugs 1 über Axialzylinder mit den montierten Dichtstempeln zum Verschließen und Abdichten einer Druckkammer 3 bewerkstelligt werden. Der Hohlraum im Inneren des Hohlprofil-Halbzeugs 1 soll nun aber nicht komplett mit dem losen Füllmaterial befüllt werden, sondern nur so viel, dass der Druck an den Innenflächen des Hohlprofil-Halbzeugs 1 angreifen und wirken kann. Nach der Umformung und insbesondere beim Druckabbau muss über ein bestimmtes Filtersystem verhindert werden, dass Bestandteile des losen Füllmaterials in die Druckleitungen bzw. in die Anlage hineingesaugt werden. Alternativ kann über eine bestimmte Druckauslassseite (zum Beispiel am anderen Rohrende des Bauteils) die Gasmenge abgelassen werden. Somit wird eine Beschädigung der Anlage vermieden.

Festes Füllmaterial kann zum Beispiel Stahldraht (im Speziellen hochtemperaturfester Heizdraht) sein, der vor der Erwärmung in das gebogene Bauteil hineingeschoben wird und sich durch den kleinen Durchmesser der Halbzeug-Form (gebogenen Vorform) anpassen kann. Dies kann auch als Bündel erfolgen. Beim Handling müssen die Rohrenden nicht komplett verschlossen sein, hilfreich wäre hier eine Art Halbschale, damit ein Rausrutschen vermieden werden kann.

Alternativ kann auch ein Rundstahl in das Hohlprofil-Halbzeug 1 eingebracht werden. Dies setzt aber voraus dass die Biegungen im Hohlprofil-Halbzeug 1 nicht zu groß sind und dass der Rundstab kleiner ist als der Durchmesser des Hohlprofil-Halbzeugs 1. Der Rundstab sollte dann an den Enden fixiert werden, damit es nicht zu einer einseitigen Lage im Hohlprofil-Halbzeug 1 kommt.

Bei geraden Bauteilen oder bei Bauteilen mit langen und geraden Halbzeugenden kann auch mit Hilfe eines Teleskopzylinders und einem darauf montierten Vollzylinder (Rundstab) das Bauteilvolumen reduziert werden. Nach dem Einlegen des heißen Hohlprofil-Halbzeugs 1 fährt der Zylinder an die Rohrenden heran, gleichzeitig wird der integrierte Teleskopzylinder in das Hohlprofil-Halbzeug 1 eingefahren und reduziert das Totvolumen im Bauteil. In Schritt B des erfindungsgemäßen Verfahrens werden dann die gebogenen, beschichteten und befüllten Hohlprofil-Halbzeuge 1 auf eine bestimmte Austenitisierungstemperatur (bei Stahl) oder Lösungsglühtemperatur (bei Aluminium) gebracht. Diese kann zwischen 500 und 1 100 Grad liegen, je nach Anwendung. Austenitisierungstemperatur und -dauer sind abhängig von den eingesetzten Werkstoffen, der Wanddicke des Hohlprofil-Halbzeugs 1 und den notwendigen Umformgraden, die im Prozess gefahren werden. Das Halbzeug wird beispielsweise in einem Ofen oder mit einem Induktor erwärmt.

In Schritt C des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das mit Füllung 2 versehene und erwärmte Hohlprofil-Halbzeug 1 mit einem automatischen oder manuellen Handling in einem Werkzeug zur Umformung 3 positioniert. Dann schließt sich das Werkzeug 3 und es erfolgt eine Abdichtung der Rohrenden des Hohlprofil-Halbzeugs 1 durch axiale Dichteinheiten. Aus einem Druckspeicher 4 wird anschließend ein mit Druck beaufschlagtes Umformgas wie Luft, Stickstoff oder Argon über Schläuche oder Rohre in das Hohlprofil-Halbzeug 1 eingeleitet. Mit Druckaufbauraten bis zu 1000 bar/Sekunde wird der Umformdruck von bis zu 1 .200 bar sehr schnell erreicht.

Aufgrund der Füllung 2 im Inneren des Hohlprofil-Halbzeugs 1 ist die zur Druckumformung erforderliche Gasmenge gegenüber einem ungefüllten Hohlprofil-Halbzeug 1 wesentlich geringer, sodass der Druckspeicher 4 verkleinert werden kann. Die zur Druckumformung erforderliche Gasmenge kann demnach auch wesentlich schneller und mit geringerem Energieaufwand verdichtet und auf den bestimmungsgemäßen Umformdruck gebracht.

Das Ausbringen eines losen Füllmaterials aus dem umgeformten Bauteil wird durch ein Ausschütten oder Ausblasen nach der Umformung im abgekühlten Zustand erreicht. Eine anschließende Reinigung der Rohrinnenseite kann bei Bedarf bzw. Notwendigkeit durchgeführt werden.

Die wesentlichen Vorteile der Erfindung lassen sich wie folgt zusammenfassen:

Die erfindungsgemäße Wirkung besteht darin, das Totvolumen während der Umformung im Bauteilinneren bei großen Bauteilen effizient zu reduzieren. In vorteilhafter Weise wird dies durch eine in das Hohlprofil-Halbzeug 1 eingebrachte Füllung 2 bewerkstelligt. Dadurch muss eine geringere Menge an Umformfluid in den kurzen Aufbauzeiten in das Hohlprofil-Halbzeug 1 eingeleitet werden. Das wiederum hat zur Folge, dass deutlich weniger mit Druck beaufschlagtes Umformfluid, beispielsweise vorverdichtetes Gas, in Druckspeichern bereitgestellt werden muss. Dies führt in Folge, über den gesamten Prozess betrachtet, zu deutlich geringeren Energieaufwendungen. Die Investitionskosten der gesamten Anlage reduzieren sich dadurch massiv, da deutlich weniger Druckspeicher und Kompressoren notwendig sind. Auch die Betriebskosten bei der Fertigung werden deutlich sinken, zum einen durch die reduzierten notwendigen Gasmengen und zum anderen durch die reduzierten Druckluftmengen und Strom, die zum Betrieb der Speicher und Kompressoren benötigt werden, um das Gas auf rund 1.200 bar zu verdichten. Es wird davon ausgegangen, dass durch diese technische Maßnahme die benötigte Energie um bis zu 70 Prozent reduziert werden kann.

Die Einstellung der gewünschten Produkteigenschaften muss nicht zwangsläufig durch den Um- formprozess realisiert werden, sondern ist auch in separaten Prozessen möglich.

Das Hauptanwendungsgebiet ist im Allgemeinen die Innenhochdruck- Umformung/Außenhochdruck-Umformung von Hohlprofilen und das Hot Metal Gas Forming (HMGF) im Besonderen. Eine Anwendung auf die Innenhochdruck- Blechumformung/Außenhochdruck- Blechumformung (IHB/AHB) ist mit Anpassung der Konstruktion ebenfalls möglich.

Bezugszeichenliste

1 Hohlprofil-Halbzeug

2 Füllung

3 Werkzeug zur Umformung

4 Druckspeicher