Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Umformen eines Ausgangsprofils od.dgl. Werkstückes mittels eines in dem abgedichteten Profilraum durch ein strömbares Wirkmedium erzeugten Innenhochdruckes zu einem Endprofil, insbesondere zum Umformen bis zur Anlage des Endprofils an die Wandung eines Formraumes. Zudem erfasst die Erfindung ein Profil mit von wenigstens einer Profilwand begrenztem Profilraum als Ausgangsprofil zur Durchführung dieses Verfahrens.

Beim sog. Innenhochdruck-Umformen (IHU-Verfahren) wird ein Hohlprofil durch Innendruck ausgedehnt. Zusätzlich kann das Hohlprofil mittels wenigstens eines am Werkstück angreifen- den Stempels nachgeschoben sowie aufgeweitet, gestaucht bzw. expandiert werden.

Der DE 35 32-39 Cl ist beispielhaft eine Vorrichtung zum hydraulischen Aufweiten eines Rohrabschnitts unter Einsatz einer in das P. chr einführbaren zapfenartigen zylindrischen Sonde, die mittels mindestens zweier im Abstand voneinander befindlicher Dichtringe mit dem aufzuweitenden Rohrab- schnitt einen Ringraum bildet, der zum Aufweiten mit Druck- mittel gefüllt wird. Vor Beginn des Aufweitungsvorganges werden die beicen Dichtringe zur Abdichtung des Ringspaltes zwischen Sonde und Rohr radial mit Druckmittel beauf- schlagt. Die Druckmittelzufuhr zum Ringraum geschieht tuber zumindest eine Aufnahmenut und wird durch einen als Ventil- körper dienenden Dichtring gesteuert, der eine zwischen Aufnahmenut und Ringraum befindliche Öffnung so lange ver- schließt, bis er durch elastisches Aufweiten seine Dicht- wirkung erreicht hat.

Dieses Innenhochdruck-Umformen oder Hydroformen findet mehr und mehr Eingang als wirtschaftliches Herstellungsverfahren für Karosseriebauteile im Automobilbau. Als Ausgangsmate- ria'werden dabei vorwiegend Stahlrohre eingesetzt. In let--er Zeit haben sich für IHU-Prozesse als Ausgangsma- tergal zum Stahl auch Aluminiumwerkstoffe hinzugesellt.

Analog zu Stahl gibt es dabei Herstellungsverfahren, in de- nen als Ausaangsmaterial Rohre aus Aluminiumblech verwendet werden ; alternativ können aber auch Aluminium-Strang- pressprofile eingesetzt werden. Diese kommen bei Stahl aus wirtschaftlichen Gründen nicht infrage. Die Verwendung von Strangpressprofilen hat den entscheidenden Vorteil, dass der Gestaltung des Ausgangsprofils nahezu keine Grenzen ge- setzt sind.

Beim Biegeumformen metallischer Rohre oder Strangpresspro- file wird im allgemeinen versucht, den Biegeprozess derart zu gestalten, dass der Ausgangsquerschnitt des Werkstücks in dem dann gekrümmten Werkstück erhalten bleibt. Falten- bildung am Innenradius bzw. Einfaltungen am Außenradius sind dabei zu verhindern. Es wurden verschiedenartige Tech- niken entwickelt, um dieses Ziel zu erreichen ; beispielhaft seien einige solche Verfahren aufgeführt : Streckbiegen ; Biegen tiber einen Dorn ; Warmbiegen.

Auc : bei gekrümmten Hydroformbauteilen, zu deren Herstel- lun-, ein Biegeprozess vor einem Innenhochdruckumformen vor- gesehen ist, werden solche Biegetechniken verwendet.

In Kenntnis dieser Gegebenheiten hat sich der Erfinder ein alternatives Biegeverfahren für Hydroformbauteile zum Ziel gesetzt, bei dem bewußt darauf verzichtet wird, im Biegeum- formprozess eine Formgebung oder Formerhaltung anzustreben, die der Kontur des letztendlich zu formenden Querschnitts möalichst nahe kommt.

Zur Lösung dieser Aufgabe führt die Lehre des unabhängigen Anspruches ; die Unteransprüche geben günstige Weiterbildun- gen an. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kom- binationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale.

Erfindungscemß wird vor dem Umformen durch Innenhochdruck das Ausgangsprofil in Abstand zu seinen freien Enden sowie quer zu seiner Längsachse zu einem Querschnitt mit günsti- gen Biegeeigenschaften geformt, insbesondere zu einem flachen bzw. etwa ovalen Querschnitt. Dazu hat es sich als günstig erwiesen, das--beispielsweise aus einer Leichtmetalllegierung stranggepreßte oder aus einem Blech gebogene und gefügte--Ausgangsprofil mit dem zu verformenden Bereich einem Werkzeug zuzuordnen und durch dieses querschnittlich zu verformen-zudem soll das Ausgangsprofil nach dem querschnittlichen Verformen um diesen Bereich gebogen werden.

Im Rahmen der Erfindung liegt es, das Ausgangsprofil an einem stehenden Werkzeug zu lagern sowie durch ein transla- torisch und rotatorisch bewegbares Gegenwerkzeug sowohl querschnittlich zu verformen als auch zu biegen.

Ein für die erfindungsgemäße Vorgehensweise vorteilhaftes Ausgangsprofil ist von etwa H-förmigem Querschnitt mit zwei etwa parallelen und miteinander verbundenen Kammern. Deren Flankenwände sollen querschnittlich einwärts gebogen sein, wohingegen die innenliegenden Begrenzungen der Kammern durch rinnenartige Einformungen gebildet sind.

Es handelt sich vorliegend um einen kombinierten Biege-IHU- Prozess, für den der Wahl des Ausgangsmaterials prinzipiell keine Grenzen gesetzt sind ; bei letzterem kann es sich um Aluminium, Stahl oder andere Metalle handeln, gegebenen- falls auch um nichtmetallische Werkstoffe. Folgende in Kom-

bination mit IHU-Prozessen einsetzbare Biegeverfahrensme- thoden können hier unterschieden werden : eine ihm vorgeschaltete Deforma- tion zu einem Querschnitt mit gün- stigen Biegeeigenschaften ; eine begleitende Umformung zu einem biegegünstigen Querschnitt während des Biegeprozesses ; eine Gestaltung von biegegünstigen Querschnitten bei Strangpresspro- filen--bevorzugt aus einer Aluminiumlegierung--ohne vorgeschalteten oder begleitenden Umformprozess.

Der-rfinder forciert gezielt Einfaltungen beim Biegen oder er drückt das Werkstück flach ; gegebenenfalls gestaltet er Strangpressprofile bereits im Ausgangszustand entsprechend als flache Hochkantprofile, um auf diese Weise ein geringes Fläcrenträgheitsmoment zu erreichen, so dass sich im Biegeumforr, prozess entsprechend geringe plastische Verzer- rungen ergeben. Erst im anschließenden IHU-Prozess wird das Werkstück zur endgültigen Form gestaltet.

In der erfindungsgemäßen Kombination von Biege-und IHU- Prozess gibt es eine deutliche Aufgabentrennung : der Biegeprozess dient der Formge- bung der Bauteil-Mittellinie, der IHU-Prozess dient der Quer- schnittsformgebung.

Damit soll weniger eine Vereinfachung des technischen Auf- wandes beim Biegen erreicht werden als vielmehr vor allem eine Minimierung des Umformgrades. Bei dem erfindungsgemä- ßen Biegeprozess verringert sich der erreichte Umformgrad erheblich gegenüber einem Biegeprozess nach einem dem Star-e der Techn-k entnommenen Verfahren. Das heißt, mit einer klassischen Biegetechnik, in der man bereits im Bie- geprozess bestreb-ist, eine dem gewünschten Endergebnis möglichst nahe Querschnittskontur zu erreichen, lassen sich nur in Ausnahmefällen günstige Ergebnisse in Bezug auf die akkumulierten plastischen Verzerrungen am Ende der gesamten Umfcrmprozessfolge erzielen. Im Gegensatz dazu steht bei der Anwendung de-erfindungsgemäßen Biegestrategie durch den geringeren Umformgrad im anschließenden IHU-Prozess ein höheres Restumformvermögen zur Verfügung.

Das erfindungsgemäße Biegeverfahren zur Herstellung von IHU-3auteilen bietet erhebliche Vorteile.

# Mit dem gleichen Werkstoff können größere Umformungen im IHU-Prozess realisiert werden, d. h. es besteht eine größere Freiheit bei der Ge- staltung der Endkontur eines IHU- Bauteils ; # IHU-Bauteile mit weitaus geringe- ren Biegeradien bei gleichen Quer- schnittsabmessungen werden mög- lich.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausfihrungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung ; diese zeigt in : Fig. l : eine Schrägsicht auf ein gekrümmtes Vierkantprofil ; Fig. 2, 3, 4 : drei Skizzen zu Schritten eines Biegevorganges sowie Fig. 5 : eine vergrößerte Schrägsicht auf das Produkt des Biegevorganges ; Fig. 6, 7 : zwei Skizzen zu einem Berechnungs- vorgang ; Fig. 8, 9, 10 : jeweils einen Querschnitt durch ein Vorprofil zur Herstellung des Vier- kantprofils ; Fig. il : eine Schrägsicht auf ein Vorprofil mit dem Querschnitt der Fig. 10 ; Fig. 12 bis 15 : vier Skizzen zum Ablauf der Ausfor- mung des Vierkantprofils.

Aus einem Vierkantrohr 10 der Breite b von 80 mm und der Querschnittshöhe h von 50 mm ist während eines Biegevor- ganges mit anschließendem IHU-Prozess ein--zueinander rechtwinkelig verlaufende Rohrabschnitte llq, llt enthaltendes--Winkelstück 11 mit einem inneren Biegeradius Ri von 200 mm gefertigt worden.

Die Fig. 2 bis 5 verdeutlichen das Biegen eines Rohrprofils 10a runden Querschnitts zu einem Winkelstück lla mit einem <BR> <BR> <BR> <BR> Krümmungswinkel q von 90° ; im Verlaufe dieses Verfahrens wird jenes Rohrprofil 10a zwischen zwei rollenartige Werkzeuge 12, 12r so eingeführt, dass es hier etwas außerhalb seiner LRngsmitte einem Werkzeug 12 dieser Werkzeugpaarung tangential anliegt, wonach das andere Werkzeug 12r als Gegenwerkzeug in Schließrichtung x translatcr-sch an das Rohrprofil loua herangefahren wird.

Das bewegbare Werkzeug 12r beginnt nun in einer Rota- tionsrichtung y seinen Weg um das stehende Werkzeug 12 und nimmt dabe-den in Fig. 2 bis 4 oberen Rohrabschnitt llq mit aus de-Längsachse A des Rohrprofils 10a.

Die Darstellung der Fig. 5 läßt erkennen, dass jenes Rohr- profil 10a während des Biegevorganges im Anlagebereich an das stehence Werkzeug 12 eingedellt worden ist. Dieser ver- formte Bereich G bestimmt mit den Endkanten 13 des Rohrpro- fils loa bzw. des Winkelstücks lla Abstände e, el. Seine vertikale'ittellinie ist mit M bezeichnet.

Dem Hers_e~lungsverfahren lagen--unter Bezugnahme auf Fig. 6, 7 -- die nachfolgenden theoretischen Überlegungen zugrunde. _in Profilabschnitt 14 hat im Ausgangszustand nach Fig. 6 den lokalen Krümmungsradius RmA und wird so in den Endzustand 14a nach Fig. 3 gebogen, dass sich in diesem Endzustand der Krümmungsradius RmB einstellt ; die beiden Krümmungsradien RmA und RmB beziehen sich jeweils auf die biege-neutrale Faser des Querschnitts. Unter der Annahme, dass beim Biegen keine Querschnittsänderung stattfindet, ergibt sich für die Dehnung #z an einer beliebigen Stelle im Abstand z von jener neutralen Faser : <BR> <BR> <BR> lzB-lzA w2(RmB+z)-w1(RmA+z).<BR> <P> #z = = ;<BR> <BR> lzA w1(RmA+z)

hierin sind 1ZA, 1-B die Längen vor und nach dem Biegevor- gang, w, der Winkel, den der Rohr-bzw. Profilabschnitt 14 vor dem Biegen einschließt sowie w2 der nach dem Biegen durch den Profilabschnitt 12a eingeschlossene Winkel.

Bei einer 3iegung--ohne eine überlagerte Abstreckung-- bleibt die Länge der neutralen Faser konstant : w2RmB = w1RmA Nach dem Einsetzen und Umformen erhält man <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> z(RmA-RmB) z(1-RmB/RmA)<BR> #z= bzw.#z=<BR> <BR> RmA(RmA+z) RmB(1+z/RmA) für die Dehnungen an einer beliebigen Stelle im Abstand z von der neutralen Faser. Für den Sonderfall eines unge- krümmten Ausgangsmaterials (RmA = #) ergibt sich <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> Sz--<BR> <BR> <BR> I\jnB Extreme Werte der Dehnung #z entstehen für extreme Abstände z zur neutralen Faser. Bei symmetrischen Querschnitten mit einer Breite b ist zax = b/2 und somit #z=b(RmA-RmB) bzw.#z=b(1-RmB/RmA RnB (2Rn, A+b) RnB (2+b/RnA) Mit den Gleichungen (1) bis (3) können unter den gegebenen Voraussetzungen die in einem Rohr bzw. Profil 14 auftreten- den Dehnungen--einschließlich der maximalen Dehnungen-- bei einer Biegeumformung abgeschätzt werden.

Beispielsweise soll ein in Fig. 8 querschnittlich zylin- drisch angedeutetes Rohrprofil 15 des Durchmessers d von 80 mm und einer Wanddicke t von 2 mm vor einem IHU-Prozess derart gebogen werden, dass sich ein innerer Biegeradius Ri von 00 mm ercibt. Bei einem üblichen Biegevorgang kann die maximale Dehnung am Au#enradius nach obenstehender Gleichung (3) abgeschätzt werden. Mit den gegebenen Aus- ganc-größen b = d = 80 mm ; RmA = #; RmB = d/2 + 200 mm = 240 mm erg-; t sich der Wert #max = 16, 7 %.

Um nun die im Biegeprozess auftretenden Maximaldehnungen zu mindern, wird der Rohrquerschnitt vor dem Biegeprozess so verformt, dass sich näherungsweise ein elliptischer Quer- schnitt der Höhe i von 112 mm und der Breite n von 48 mm mit den bei M und Q angedeuteten Hauptachsen ergibt. Der Querschnittsumfang des elliptischen Profils 15a von hier 251, 30 mm bleibt jenem des kreisförmigen Rohres oder Rohr- profils 15 gleich.

Im cies elliptischen Querschnitts ergibt sich ein Krümmungs-oder Scheitelradius r von 10 mm und--wie ge- sage--veine Gesamtbreite n nach dem beschriebenen verfor- mencen Eindellen von nur 48 mm.

Durch dieses Eindellen des Rohrprofils 15 entsteht ein Be- lastungsmaximum im Scheitel des Querschnitts. Auch hier können die resultierenden maximalen Dehnungen mittels jener Gleichung (3) abgeschätzt werden ; mit b = t = 2 mm ; RmA = d/2 = 40 mm ; RmB = r = 10 mm

erhält man infolge jenes Eindellens des Rohrprofils oder Rohres 15 am Scheitelpunkt des entstehenden Profils 15a elliptischen Querschnitts eine maximale umfangsdehnung von #max = 7,3 %.

Durch die reduzierte Breite von n = 48 mm beträgt im an- schließenden Biegeprozess die Abstreckung am Außenradius in Längsrichtung nur noch Emax = 10, 0 %. Mit einem Biegepro- zess, bei dem der Rohrquerschnitt vorher eindellend ver- formt wird, kann somit die maximale Dehnung gegenüber übl-chen Biegetechnicken etwa um die Hälfte reduziert werden.

Da der Einsatz eines Kreisquerschnitts im Biegeprozess also zu einem vergleichsweise hohen Umformgrad führt, ist es besser, hier einen elliptischen Querschnitt zu wählen, der aber wiederum ungünstig für die Beschickung eines in den Fig. 12 bis 15 bei 30 angedeuteten IHU-Werkzeugs ist ; die- ses Werkzeug 30 kann dann nämlich nicht geschlossen werden, ohne dabei das vorgebogene Werkstück oder Profil 14a zu zerdrücken.

,, lit einem optimierten--gemäß Fig. 10 querschnittlich einem"H"ähnlichen--Vorprofil 16 wird beim Biegen der gleiche Umformgrad erzielt wie mit dem elliptischen Quer- schnitt. Zudem aber läßt sich das gebogene Werkstück pro- blemlos in das IHU-Werkzeug 30 einlegen.

Das gestellte oder gefaltete Vorprofil 16 der Höhe il von 50 mm sowie der Breite ni von 48 mm ist--wie gesagt-- querschnittlich H-förmig mit zwei i. w. parallelen Vertikal- kammern 18, deren äußere Flankenwände 20 zur horizontalen Hauptachse Q einwärts gekrümmt sind. Die inneren Kammer- wände 22 sind Abschnitte von sickenartigen Einformungen 24 der Bodenwand 26 und der Firstwand 28 des Vorprofils 16.

Der Abstand s der Tiefsten beider Einformungen 24 ent- spricht etwa einem Sechstel der Profilhöhe i1.

Sowohl die Breite n, dieses der Fig. 11 in Schrägsicht zu entnehmenden Vorprofils 16 als auch dessen Querschnittsum- fang entspricht den entsprechenden Maßen des elliptischen Profils 14a der Fig. 9.

Das auf dem lt. ege des Strangpressens erzeugte Vorprofil 16 wird gemäß Fig. 12 in das aus Unterwerkzeug oder Sockelteil 30 und Oberwerkzeug oder Deckelteil 36 bestehende Werkzeug 32 eingelegt. Von diesem sind nur die für den Umformvorgang relevanten Konturen der Werkzeugoberflächen des Unter- werkzeugs 32 mit Bodenwandung 33 und Seitenwandung 34 sowie des Oberwerkzeugs 36 skizziert.

Fig. 13 zeigt den Schritt des Aufweitens des Vorprofils 16 mittels eines in seinen Innenraum 19 einströmenden Druckme- diums. Im Verlaufe dieses Druckvorganges legt sich das im Werkzeugraum 38 lagernde Vorprofil 16 der Bodenwandung 33 und den Seitenwandungen 34 des Unterwerkzeugs 32 sowie dem Oberwerkzeug 36 innenseitia an. Dabei ist die Aufweitung der Bodenwand 26 und Firstwand 28 recht gering ; das Vorpro- fil 16 faltet sich durch das in seinen Innenraum 19 ein- strömende Druckmedium--nahezu einer Ziehharmonika ent- sprechend--auf und füllt auf diese Weise den Werkzeugraum 38 aus. Erst gegen Ende des Auffaltvorgangs kommt es bei der Ausformung des Werkzeugraums 38 in den Wänden 20, 26, 28 des Profils 16 zu Abstreckungen.

Das in beschriebener Weise im Werkzeug 30 erzeugte Vierkan- trohr 10 bzw. Winkelstück 11 wird dann aus dem Werkzeugraum 38 herausgenommen (Fig. 15).