HOHLKÖRPERS IN EINEM UMFORMWERKZEUG UNTER

ERHÖHTER TEMPERATUR UND UNTER INNENDRUCK

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umformung eines metallischen Hohlkörpers in einem Umformwerkzeug unter erhöhter Temperatur und unter Innendruck.

Bei den meisten bekannten Technologien der Warmumformung von metallischen Hohlkörpern unter Innendruck wird der gesamte Hohlkörper in ein Umformwerkzeug eingelegt und dort auch umgeformt. Das Umformwerkzeug besitzt in der Regel zwei Kavitäten, nämlich zum einen eine sogenannte Umformkavität, in der die Umformung stattfindet, und zum anderen eine sogenannte neutrale Kavität, in der eine Umformung nicht stattfindet. Im Bereich der neutralen Kavität verhindert die Kavität die ungewollte Aufweitung des Hohlkörpers bei Beaufschlagung mit Innendruck bei den entsprechenden Temperaturen. Auch wenn zum Materialnachschub für die Umformung der Hohlkörper gestaucht wird, ist nach dem Stand der Technik erforderlich, dass sich das zu stauchende Ende des Hohlkörpers im Bereich der Werkzeugform, hier insbesondere im Bereich der neutralen Kavität, befindet. Bei über die Werkzeugform überstehenden Hohlkörpern wäre andernfalls nicht zu verhindern, dass der Hohlkörper an der Stelle mit der geringsten Festigkeit ungewollt expandiert mit der Folge, dass beispielsweise beim Stauchvorgang ein weiterer Materialnachschub nicht möglich ist. Findet der Materialnachschub für die Umformung innerhalb der Werkzeugform, also innerhalb der neutralen Kavität statt, ist zwar gewährleistet, dass eine Aufweitung außerhalb der Werkzeugform nicht stattfindet, jedoch besteht die Gefahr, dass die Reibkräfte zwischen Hohlkörper und neutraler Kavität unter Umständen sehr hoch werden, was den Materialnachschub schlussendlich stark behindert. Hierbei gilt, dass je höher die Umformtemperatur ist, desto schwieriger sich der Materialnachschub gestaltet, was insbesondere dann gilt, wenn aufgrund des Umformgrades zum Beispiel bei der Ausformung von T-Stücken oder anderen Bereichen hoher Umformgrade, ein hoher Materialnachschub erforderlich ist.

Nun sind allerdings durchaus auch metallische Hohlkörper bekannt, die eine große Länge aufweisen und bei denen lediglich ein Teil der Länge im Wege der Warmumformung umgeformt werden soll.

In diesem Zusammenhang ist bereits aus der US 5,992,197 bekannt, einen Hohlkörper außerhalb des Werkzeuges zu erfassen und zu stauchen. Der Hohlkörper wird in dem Werkzeug erwärmt. Die Problematik der Verhinderung des Aufweitens des Hohlkörpers außerhalb des Werkzeuges bzw. auch die Problematik der Reibung zwischen Hohlkörper und Werkzeug beim Nachführen von Material im Wege der Stauchung des Hohlkörpers ist hier allerdings nicht angesprochen.

Um die Umformung bei einem solchen Hohlkörper zu realisieren, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass der Hohlkörper mit zumindest einem Ende über das Umformwerkzeug übersteht und hier insbesondere wesentlich übersteht, das heißt in den meisten Anwendungen mit zirka 30 % bis 60 % der Länge des gesamten Bauteiles, dass hierbei die Ausbildung der Werkzeugform so gewählt wird und/oder die auf den Hohlkörper einwirkenden Umformparameter so gewählt werden, dass der Hohlkörper außerhalb des Werkzeugs die ursprüngliche Form im Wesentlichen beibehält. Das heißt, es ist sicherzustellen, dass der Teil des metallischen Hohlkörpers, der über die Werkzeugform übersteht und der nicht umgeformt werden soll, in Folge des Innendrucks, der zur Umformung erforderlich ist, nicht verformt wird. Hierzu muss, wie bereits ausgeführt, die Werkzeugform entsprechend ausgebildet sein und/oder die auf den Hohlkörper einwirkenden Umformparameter müssen so gewählt sein, dass der aus der Werkzeugform überstehende Teil des metallischen Hohlkörpers keine wesentliche Verformung erfährt.

Nach einer ersten Variante des Verfahrens ist vorgesehen, dass der Hohlkörper im unvorgewärmten Zustand in das vorgeheizte Werkzeug eingelegt wird. Eine solche Vorgehensweise bedingt eine geringe Masse des Werkstückes, wie es beispielsweise bei der Kühlschlange eines Kühlschrankes der Fall ist. Eine solche Kühlschlange eines Kühlschrankes ist mäanderförmig ausgebildet und besitzt im Bereich der Kühlschlange eine Aufweitung zur Ausbildung des Verdampfers, die im Wege der Warmumformung hergestellt werden kann. Im Einzelnen ist in diesem Zusammenhang vorgesehen, dass das Heizmittel insbesondere flächenförmig, z. B. in der Form einer Heizmatte oder auch als Flächenheizkörper ausgebildet ist, der der Form der Umformkavität zumindest partiell nachgebildet ist, um eine unmittelbare und damit schnelle Aufheizung des Hohlkörpers zu bewirken.

Im Einzelnen ist die Wärmeverteilung über die Umformkavität des Werkzeuges im Wesentlichen dem Grad der gewünschten Umformung des Hohlkörpers angepasst, das heißt höchste Umformgrade bedingen in der Regel höchste Temperaturen.

Weiterhin ist nach einem Merkmal vorgesehen, dass das Werkzeug eine neutrale Kavität aufweist, die nicht beheizt ist. Die neutrale Kavität kann hierbei auch der Werkzeugauslauf sein, das heißt ein Werkzeugabschnitt wird nicht beheizt, um zu verhindern, dass der Hohlkörper außerhalb des Werkzeugs so weit erhitzt wird, dass aufgrund des Innendrucks eine Verformung dieses Hohlkörpers außerhalb der Werkzeugform stattfindet. Zu beachten ist hierbei auch, dass z. B. die Länge der neutralen Kavität im Bereich des Werkzeugauslaufes so bemessen ist, dass die in der Umformkavität anstehende Wärme tatsächlich von dem Hohlkörper in das Werkzeug abgeführt werden kann und somit sicher gestellt ist, dass der Hohlkörper außerhalb der Werkzeugform eine Temperatur aufweist, die bei vorgegebenem Innendruck eine Verformung des Hohlkörpers nicht zulässt. Um eine derartige Abkühlung des Hohlkörpers im Werkzeugauslauf sicherzustellen, kann vorgesehen sein, den Werkzeugauslauf im Bereich der neutralen Kavität zu kühlen.

Nach einer zweiten Variante ist vorgesehen, dass der metallische Hohlkörper vorgewärmt in das Umformwerkzeug eingelegt wird. Eine solche Vorwärmung des metallischen Hohlkörpers ist immer dann erforderlich, wenn der Hohlkörper eine größere Masse aufweist, wie z. B. im Falle eines Mäanderheizkörpers für Badezimmer. Würde hingegen der Hohlkörper im kalten Zustand in das Werkzeug eingelegt werden, so brauchte das Werkzeug wesentlich länger, um den Hohlkörper auf die Umformtemperatur zu erhitzen. Mithin würde die Taktzeit für die Herstellung eines Bauteils erheblich verlängert werden, denn die Vorwärmung findet bei der Serienfertigung üblicherweise während des Umformvorganges des vorlaufenden Werkstückes außerhalb des Umformwerkzeugs statt.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann die weitere Aufheizung des Hohlkörpers im Werkzeug induktiv erfolgen. Auch hierbei ist vorgesehen, dass die Werkzeugform eine neutrale Kavität in der keine Umformung stattfindet und eine Umformkavität aufweist in der die Umformung stattfindet. Für das Verfahren ist weiterhin vorgesehen, dass während der Umformung der Hohlkörper zur Nachführung von Material von mindestens einem überstehenden freien Ende her gestaucht wird, wobei die Temperatur im Werkzeug über die Länge des Werkzeugs unterschiedlich ist. Insbesondere ist die Temperatur im Werkzeugauslauf bzw. in der neutralen Kavität geringer als in der Umformkavität, um zu gewährleisten, dass der überstehende Teil des Hohlkörpers bei Innendruck nicht wesentlich oder nicht verformt wird. Gegebenenfalls ist der überstehende Teil des Hohlkörpers aktiv zu kühlen.

Nach dem Stand der Technik ist bislang bekannt, dass für die Stauchung des Hohlkörpers zur Materialnachführung in Bereiche hoher Umformgrade der nachzuführende Werkstückbereich sich innerhalb der Werkzeugform befindet. Dieses Vorgehen birgt verschiedene Schwierigkeiten, wie dies bereits eingangs dargelegt worden ist. So ist insbesondere problematisch, dass bei dem Stauchvorgang die Gefahr besteht, dass das Hohlteil von der einen Seite nicht nachgeschoben werden kann, z. B. wegen einer Krümmung, Ausbauchung oder anderen Form einer Barriere oder dass sich der nachzuschiebende Teil des Werkstückes an die neutrale Kavität anlegt und somit nicht in den Bereich der hohen Umformgrade in der Umformkavität gelangt. Erst dadurch, dass der überstehende Teil des Hohlkörpers aufgrund seiner Temperatur auch bei anstehendem Verformungsinnendruck sich nicht verformt, wird es möglich, vom freien überstehenden Ende des Hohlkörpers her Material in die Umformkavität nachzuschieben. Insbesondere hat sich in Bezug auf die Nachführung von Material herausgestellt, dass bei einem Hohlkörper mit über die Länge der Umformkavität unterschiedlichen Umformgraden im Nachbarbereich zum höchsten Umformgrad die höchste Umformtemperatur vorherrschen sollte, um dorthin Material im Wege der Stauchung gezielt nachzuschieben. Das heißt, dass nicht unmittelbar im Bereich des höchsten Umformgrades die höchste Temperatur herrscht, sondern in dessen Nachbarbereich. Dies deshalb, damit gewährleistet ist, dass auch noch Material in den Bereich niedriger Umformgrade gelangen kann, bevor der Bereich des höchsten Umformgrades als Materialnachschubsperre wirkt.

Sollte die höchste Temperatur im Bereich des höchsten Umformgrades sein, so würde zwar auch an der Stelle des niedrigeren Umformgrades möglicherweise die Kavität vollständig ausgefüllt, jedoch bestünde die Gefahr, dass die Materialstärke dort möglicherweise relativ gering ist, da nicht mehr genügend Material aus den Nachbarbereichen nachfließen bzw. nachgeschoben werden kann. Im Extremfall besteht sogar die Gefahr, dass der Hohlkörper aufgrund zu geringer Wandstärke platzt. Ziel ist somit, dass die Wandstärke des Hohlkörpers über die gesamte Länge nach dem Umformvorgang im Wesentlichen gleich ist.

In diesem Zusammenhang hat sich weiterhin als vorteilhaft herausgestellt, dass die Stauchung von der Seite des Hohlkörpers mit dem höchsten Umformgrad aus erfolgt, wenn der Reibwiderstand zur Umformung des Hohlkörpers durch Anformung des Hohlkörpers an die Umformkavität dort am höchsten ist. In diesem Zusammenhang wird davon ausgegangen, dass der Hohlkörper nicht über seine in der Kavität einliegende Länge klappsymmetrisch ausgebildet ist. Wenn der Übergang zum Bereich des höchsten Umformgrades dort den höchsten Widerstand erwarten lässt, dann wird schlussendlich eine gleichmäßige Ausformung der Umformkavität mit dem Ziel einer in etwa gleichen Wandstärke über die Länge des umzuformenden Hohlkörpers nur dann erreicht, wenn von dieser Seite her die Stauchung zur Material¬ nachführung erfolgt.

Nach einem besonders vorteilhaften Merkmal ist zu Verminderung der Reibung zwischen dem Hohlkörper und der Umformkavität vorgesehen, dass der Hohlkörper zumindest an der Oberfläche während der Umformung alternierend erhitzt und abgekühlt wird. Dies vor folgendem Hintergrund: Bei beispielsweise induktiver Erwärmung des Hohlkörpers mit einer Temperatur, die oberhalb der Temperatur der Umformkavität liegt, erfolgt bei der Erhitzung des Hohlkörpers und gleichzeitigem Stauchvorgang eine Abkühlung dann, wenn der Hohlkörper an der Wandung der Kavität anliegt. D. h., dass die Temperaturdifferenz zwischen Hohlkörper und neutraler Kavität so groß ist, dass der Hohlkörper während der Zeit der Anlage an der Umformkavität sich soweit abkühlt, dass sich der Hohlkörper von der Wandung der Kavität löst. In dem Moment findet eine Abkühlung des Hohlkörpers statt mit der Folge, dass sich der Hohlkörper leicht zusammenzieht. In diesem Moment ist die Reibung zwischen Hohlkörper und Kavität aufgehoben, eben weil keine Verbindung zwischen den beiden Teilen besteht, so dass dann wiederum kurzfristig gestaucht werden kann und mithin Material nachgeschoben werden kann, ohne dass es zu Reibungsverlusten zwischen Kavität und Hohlkörper kommt. Infolgedessen ist bei konstanter Krafteinwirkung auf den Hohlkörper zum Nachführen von Material und alternierender Erwärmung bzw. Abkühlung des Hohlkörpers in der Umformkavität eine sequenzielle Ausformung der Umformkavität zu erwarten.

Nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal wird der Hohlkörper zur Materialnachführung pulsierend gestaucht. Der Vorgang des Stauchens erfolgt hierbei in axialer Richtung, und zwar mit oder auch ohne Innendruck. Dies vor folgendem Hintergrund. Bei dem stoßweisen Stauchen findet eine ebenfalls stoßweise Erwärmung des in die Umformkavität eingeführten Materials in der Umformkavität statt. Das heißt, es wird immer kühles Material der Umformkavität durch den Werkzeugauslauf, mithin durch die neutrale Kavität, zugeführt, wobei aufgrund der geringen Temperatur des Hohlkörpers im Bereich des Werkzeugauslaufes, also in der neutralen Kavität, dort keine Gefahr besteht, dass sich der Hohlkörper an die Kavität anlegt und so eine erhöhte Reibung bewirkt. Das selbst dann, wenn der Vorgang des Stauchens unter Innendruck erfolgt.

Vorteilhaft ist weiterhin vorgesehen, dass das freie überstehende Ende des Hohlkörpers während des pulsierenden Stauchvorganges gekühlt wird. In diesem Zusammenhang kann das freie überstehende Ende des Hohlkörpers während des pulsierenden Stauchvorganges durch Spannmittel auf dem Ausgangsquerschnitt des Hohlkörpers gehalten werden, wobei die Spannmittel gleichzeitig gekühlt werden können, um zu gewährleisten, dass das in den Werkzeugauslauf nachgeschobene Material eine Temperatur aufweist, die ein Anlegen an die Wandung nicht zulässt. Im Einzelnen sind die Spannmittel als den Hohlkörper weitgehend umfassende Backen ausgebildet, die relativ zum Hohlkörper axial und radial beweglich sind, um ein sequenzielles Erfassen und Nachschieben zu ermöglichen.

Bei Bauteilen mit am Umfang des Hohlkörpers befindlichen Bereichen höherer Umformgrade, wie z. B. T-Stück, kann der Ausgangshohlkörper mit einer Materialanhäufung bzw. Wanddickenerhöhung als Materialvorrat versehen werden. Damit kann zumindest teilweise auf den axialen Materialnachschub verzichtet und der Umformgrad erhöht werden.

Nach einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass bei konstanter axialer Stauchkraft der Hohlkörper im Bereich des höchsten Umformgrades die materialspezifische Umformtemperatur aufweist, wobei das Werkzeug eine geringere Temperatur als der Hohlkörper im Bereich des höchsten Umformgrades besitzt, wobei die Temperatur des Werkzeuges im Bereich der neutralen Kavität mithin im Werkzeugauslauf zum freien überstehenden Ende des Hohlkörpers zu, bei vorgegebenem Innendruck auf den Hohlkörper derart gewählt ist, dass eine Aufweitung des überstehenden freien Endes des Hohlkörpers nicht stattfindet. Wesentlich hierbei ist, dass das Werkzeug eine geringere Temperatur als der Hohlkörper im Bereich des höchsten Umformgrades besitzt, wobei im Werkzeugauslass die Temperatur so gewählt ist, dass eine Verformung des Werkstückes hier nicht stattfindet. Auch hier kann der Hohlkörper induktiv aufgeheizt werden.

Weiterhin ist vorgesehen, dass bei relativ großvolumigen Umformkavitäten, die darüber hinaus eine große Länge aufweisen, während des Stauchvorganges des Hohlkörpers verhindert wird, dass der Hohlkörper in der Umformkavität und/oder vor dem Werkzeug ausknickt. Hierzu ist in der Umformkavität ein Stützmittel vorgesehen, das eine solche Abknickung verhindert. Dieses Stützmittel kann je nach Ausbildung des Umformwerkzeuges und/oder des Werkstückes in der Umformkavität vor der Umformkavität oder vor dem Werkzeug angeordnet sein. Im Einzelnen zeichnet sich das Stützmittel dadurch aus, dass es entsprechend dem Umformfortschritt verschieblich ausgebildet ist. Das heißt, dass sich das Stützmittel entsprechend dem Umformfortschritt entsprechend zurückzieht. Nach einem besonderen Merkmal ist vorgesehen, dass das Stützmittel einzelne axiale hintereinander angeordnete Segmente aufweist, die entsprechend dem Umformfortschritt radial nach außen verschieblich ausgebildet sind. Das heißt, dass entsprechend dem Umformfortschritt das Stützmittel quasi stufenförmig die auszuformende Kavität freigibt.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass nach Ausformung des Hohlkörpers in der Kavität bei Beibehaltung des axialen Stauchdruckes und der materialspezifischen Umformtemperatur, jedoch bei Verminderung des Innendruckes, ein zur Außenmantelfläche des Hohlkörpers im Wesentlichen paralleler Innenmantel ausgebildet wird. Ein solchermaßen ausgeformter Hohlkörper mit zwei Wandungen bietet sich als Kühleinheit an, wobei die äußere Wandung, die ebenfalls als Hohlkörper ausgebildet sein kann, das Kühlmedium aufnimmt, um zur Kühlung für das inneren hohlzylindrische Bauteil wirken zu können.

Gegenstand der Erfindung ist ebenfalls ein Werkzeug, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem oder mehreren der voranstehenden Ansprüche, wobei das Werkzeug bei induktiver Erwärmung des Bauteiles vollständig massiv aus einer homogenen Keramik hergestellt ist, wobei die Umformkavität eine tribologische Zusatzbeschichtung aufweist, um die Reibung des Hohlkörpers an der Wandung und/oder die Affinität des Hohlkörpers zu dem Material der Wandung der Umformkavität zu vermindern. Durch eine entsprechende Auswahl der Keramik soll somit verhindert werden, dass der Hohlkörper während der Ausformung, und hier insbesondere während der Stauchung des Werkstückes um Material nachzuführen, an der Wandung der Umformkavität klebt und somit zu einer gewissermaßen strukturierten Oberfläche führt. In diesem Zusammenhang ist als Vorteil der Warmumformung zu vermerken, dass die Oberfläche des Hohlkörpers derart eben und glatt ist, dass die Oberfläche unmittelbar lackiert oder z. B. mit einer Keramik beschichtet werden kann.

Insbesondere bei einem Werkzeug, das aus einer homogenen Keramik hergestellt ist, ist vorgesehen, dass bei hohen radialen Drücken in der Umformkavität das Werkzeug auf seinem Umfang vorgespannt ist, um ein Reißen des Werkzeuges zu vermeiden. Hierzu können im Einzelnen Spannelemente aus Metall vorgesehen sein.

Nach einer weiteren Variante kann das Werkzeug aber auch aus Metall hergestellt sein, wobei das Werkzeug im Bereich der Umformkavität eine keramische Beschichtung aufweist, die eine geringe Affinität des Hohlkörpers zur Wandung der Kavität erwarten lässt. Dies sind beispielsweise Zirkonnitrid, Niobnitrid, Aluminiumtitanat oder Bornitrid. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass die Werkzeugform, die üblicherweise aus einem Werkzeugoberteil und einem Werkzeugunterteil besteht, wobei die beiden Werkzeugformen nach Einlegen des umzuformenden Hohlkörpers in die Kavität geschlossen werden, eine Hydraulik aufweist, die unterhalb der unteren Werkzeugform angeordnet ist. Dies vor folgendem Hintergrund:

Nach dem Stand der Technik ist es so, dass die Hydraulik oberhalb der oberen beweglichen Werkzeugform angeordnet ist. Wird die Hydraulik undicht, so besteht immer die Gefahr, dass Hydrauliköl in die Kavität eindringt. In diese Umformkavität eingedrungenes Hydrauliköl bewirkt, unabhängig von der hiermit verbundenen Brandgefahr, ein mehr oder weniger unkontrolliertes Fließverhalten des umzuformenden Hohlkörpers während des Umformvorganges. Befindet sich die Hydraulik somit im feststehenden unteren Werkzeugteil, so besteht naturgemäß keine Gefahr, dass Öl in das Werkzeuginnere gelangt.

Wie bereits ausgeführt, besitzt das Werkzeug ein Werkzeugober- und ein Werkzeugunterteil. Daneben zeigt das Werkzeug eine Induktionsstation zum elektrischen Aufheizen des Hohlkörpers, gegebenenfalls eine Abkühlstation und eine Vorrichtung zur Aufbringung von Innendruck und/oder Stauchung des Hohlkörpers inklusive eventueller Kühlkörper am Werkzeugausgang. Die Arbeitsweise dieser Zusatzaggregate ist derart, dass bei jedem Maschinenhub ein Hohlkörper ausgeformt wird. D. h., wenn das Werkzeug geschlossen ist, beginnt der Umformvorgang. Die Erwärmung des umzuformenden bzw. angeformten Hohlkörpers ist erst dann abgeschlossen, wenn das Umformwerkzeug geöffnet wird.

Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung beispielhaft näher erläutert. Fig. 1a zeigt eine Werkzeugform mit einer mäanderförmigen Kavität und externem Kühlkörper, wobei zusätzlich zu der mäanderförmigen Umformkavität noch eine zylindrische Kavität vorgesehen ist, wobei ein Knickschutz vorgesehen ist;

Fig. 1 b zeige ein Werkzeug gemäß Fig. 1 a mit einer anderen Ausführungsform eines Knickschutzes;

Fig. 2 zeigt schematisch die Temperaturverteilung in einem Umformwerkzeug mit einer Umformkavität, die einen Bereich eines hohen Umformgrades und Bereiche niedriger Umformgrade aufweist;

Fig. 3 zeigt ein Werkzeug mit außerhalb des Werkzeuges angeordneten radial und axial beweglichen Backen zur Aufnahme des Werkstückes;

Fig. 4 zeigt die Verteilung der Temperatur im Werkzeug und die Temperatur des Werkstückes während des Umformvorganges, wobei zur Materialnachführung das Werkstück gestaucht wird;

Fig. 5a, 5b zeigen die Hersteilung eines Werkstückes, bei dem nach Ausformung eines beispielsweise zylindrischen Hohlkörpers das Werkstück unter Beibehaltung der Umformtemperatur, unter Absenkung des Umformdruckes in der Umformkavität, weiterhin gestaucht wird;

Fig. 6a, 6b zeigen das Werkzeug in einer Seiten- und in einer Draufsicht inclusive der Anordnung der Kühlkörper am Werkzeugausgang. Figur 1a zeigt ein Werkzeug 1 , das eine Umformkavität 2 besitzt und das eine mäanderförmig ausgebildete Umformkavität 2 aufweist mit einer sich daran anschließenden langgestreckten, zylindrischen Umformkavität 3. Im Bereich der langgestreckten Umformkavität 3 ist eine sogenannte Knickstütze 4 vorgesehen. Eine solche Knickstütze 4 stellt sich im einfachsten Fall als axial verschieblicher Hohlkörper dar, dessen Innenabmessung im Wesentlichen der Ursprungsabmessung des umzuformenden metallischen Hohlkörpers 5 entspricht. Wie bereits ausgeführt, ist die sogenannte Knickstütze 4 axial verschieblich. Das heißt, dass die Knickstütze 4 sequenziell vom Beginn der Ausformung des langgestreckten, zylindrischen Hohlkörpers 5 von rechts nach links in der Zeichnung gemäß Fig. 1 verschieblich ist. Um die Verschieblichkeit der Knickstütze in der Umformkavität zu gewährleisten, ist insbesondere vorgesehen, dass die Knickstütze kühlbar ist, um eine Aufweitung des umzuformenden Hohlkörpers zu vermeiden, mithin gewährleisten, dass die Knickstütze relativ zum umzuformenden Hohlkörper axial verschieblich ist.

Ein weiterer externer Kühlkörper ist mit 1 a bezeichnet und befindet sich am Werkzeugausgang.

Eine andere Form der Ausbildung einer Knickstütze ergibt sich aus Fig. 1 b; bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 b zeigt das Werkzeug keine axial verschiebliche rohrartige Knickstütze, sondern vielmehr eine Knickstütze 4, die sich aus vielen einzelnen, in axialer Richtung gesehen, hintereinander angeordneten, radial verschieblichen Segmenten 14 auszeichnet, die - wie bereits ausgeführt - einzeln in radialer Richtung entsprechend dem Fortschritt der Umformung nach außen verschoben werden. Das heißt, dass zu Beginn der Umformung alle Segmente 14 entsprechend dem Ausgangsquerschnitt des umzuformenden Hohlkörpers auf dem Umfang dieses Hohlkörpers im Wesentlichen anliegen bzw. mit geringem Abstand zu diesem dazu stehen. Mit beginnender Umformung des Hohlkörpers in der Umformkavität werden die einzelnen Segmente 14 in Richtung des Pfeiles 15 verschoben. Insofern erfolgt eine sequenzielle, quasi stufenförmige Umformung, wie dies schematisch in Fig. 1 b dargestellt ist. Wesentlich hierbei ist auch, dass mit dieser Knickstütze 4 die unterschiedlichsten Formen eines Hohlkörpers in der Umformkavität hergestellt werden können, wie sich dies unmittelbar aus der zeichnerischen Darstellung gemäß Fig. 1b erschließt, es besteht die freie Wahl, welche der Segmente 14 radial verschoben werden und welche nicht.

Die Materialnachführung erfolgt entsprechend dem Pfeil 16, wobei die Aufgabe der Knickstütze gerade darin besteht zu verhindern, dass während der Nachführung von Material entsprechend dem Pfeil 16 ein Ausknicken des umzuformenden Hohlkörpers in der Umformkavität 3 erfolgt, was dann der Fall wäre, wenn bei Umformtemperatur und entsprechendem Umformdruck gegebenenfalls die Materialnachzufuhr bzw. die Stauchkraft so hoch gewählt ist, dass in der Umformkavität es zu einem Ausknicken des umzuformenden Hohlkörpers kommt.

Die Darstellung gemäß Fig. 2 zeigt ein Werkzeug 20 mit einer Umformkavität 30, wobei die Umformkavität 30 im Bereich des Pfeiles 35 einen Bereich höchsten Umformgrades und einen weiteren Bereich geringeren Umformgrades (Pfeil 40) aufweist. Der Bereich des höchsten Umformgrades (Pfeil 35) zeichnet sich darüber hinaus durch eine stufenförmige Ausbildung der Kavität aus. Darüber hinaus zeichnet sich der Bereich des höchsten Umformgrades und der Bereich des geringsten Umformgrades dadurch aus, dass der Abstand (b) des höchsten Umformgrades zu dem benachbarten Werkstückausgang halb so lang ist, wie der Abstand (a) des höchsten Umformgrades zum gegenüberliegenden Werkstückausgang. Wesentlich hierbei ist, dass von der Seite gemäß Pfeil 36 eine Materialnachführung durch Stauchung des umzuformenden Hohlkörpers (in Figur 2 nicht dargestellt) in Bereiche 38 nach der Stufe (Pfeil 35a) nicht erfolgen kann, da die Stufe als natürliche Barriere wirkt. Ziel bei einer Umformung unter Innendruck ist allerdings immer, dass die Wandstärke des Hohlkörpers nach der Umformung im Wesentlichen über die gesamte Länge gleich ist. Wäre die Umformtemperatur im Bereich des höchsten Umformgrades gemäß Pfeil 35, also insbesondere im Bereich der stufenförmigen Ausbildung der Umformkavität am höchsten, so bestünde keine Möglichkeit der Materialnachführung durch Stauchung des Hohlkörpers aus Richtung des Pfeiles 36, da sich aufgrund der Temperatur im Bereich des Pfeiles 35 bzw. 35a Überstülpungen des Hohlkörpers ergeben würden. Eine Materialnachzufuhr aus Richtung des Pfeiles 37 verbietet sich dann, wenn in dem Bereich z. B. eine Krümmung, Barriere oder sonstige Querschnittsänderungen und/oder wenn die Länge (a) des Hohlkörpers mit niedrigem Umformgrad wesentlich größer ist, als die Länge (b) des Bereichs des Hohlkörpers mit dem höchsten Umformgrad, da die Reibung zwischen umzuformendem Hohlkörper und Wandung der Umformkavität wesentlich zu hoch ist, als dass zu gewährleisten wäre, dass tatsächlich Material, das aus Richtung des Pfeiles 37 nachgeschoben wird, bis in den Bereich kurz vor dem höchsten Umformgrad, also in den Bereich, der durch den Pfeil 38 gekennzeichnet ist, gelangt. Wird also zunächst die Temperatur im Bereich des Pfeiles 35 bzw. 35a niedriger gehalten, als in dem Bereich des Pfeiles 38, dann erfolgt dort zunächst die Ausform ung der Kavität, wobei aufgrund der Temperaturverteilung sichergestellt ist, dass dorthin, also in den Bereich des Pfeiles 38, genügend Material einfließen kann. Erst nach Ausformung dieses Bereiches erfolgt dann die Ausformung des Bereiches des höchsten Umformgrades und auch die Ausformung des Bereiches gemäß Pfeil 40. Der zeitliche Vorgang der Ausformung der Kavität ist in Figur 2 anhand der mit Ziffern bezeichneten Linien deutlich gemacht. Hierbei bezeichnet die Linie 1 den Ausgangsquerschnitt des umzuformenden Hohlkörpers. Linie 2 kennzeichnet den Beginn der Ausformung auch im Bereich gemäß Pfeil 38 und übrigen Bereichen. Nach Ausformung des Bereichs 40 unter Materialnachschub aus Richtung des Pfeiles 36 beginnt die Ausformung des Bereichs b (Pfeil 35), wobei die Ausformung dieses Bereiches mit dem Bereich des höchsten Umformgrades (Pfeil 35), entsprechend der Linie 5, abgeschlossen ist. Hierbei kann dann nach Ausformung des Bereichs 38 die Temperatur im Bereich des höchsten Umformgrades (Pfeil 35) am höchsten sein.

Bei der Darstellung gemäß Rg. 3 weist das mit 50 bezeichnete Werkzeug in etwa die gleiche Temperatur auf wie der umzuformende Hohlkörper 59. Die Umformkavität zeigt hierbei die Form eines langgestreckten Hohlkörpers mit einem aufgesetzten Dom 51. Problematisch ist nun die Ausformung dieses Domes 51 insofern, als in den Dom 51 eine erhebliche Menge an Material nachgeschoben werden muss, um über den Querschnitt des gesamten umzuformenden Hohlkörpers einen im Wesentlichen gleichen Materialquerschnitt zu gewährleisten. Der Dom 51 ist am oberen Ende durch einen Domstempel 52 verschlossen, wobei der Domstempel entsprechend dem Umformfortschnitt im Dom nach oben verschieblich ausgebildet ist.

Da, wie bereits ausgeführt, sowohl das Werkzeug als auch der umzuformende Hohlkörper, also das Werkstück, die gleiche Temperatur aufweisen sollen, nämlich die Umformtemperatur, würde, wenn der rohrförmige Hohlkörper lediglich axial gestaucht würde, dieser außerhalb des Werkzeuges verformen, mithin eine weitere Materialnachzufuhr in das Innere des Werkzeuges, also in die Umformkavität, ausgeschlossen sein. Insofern sind nun Backen 55 vorgesehen, die als schalenartig ausgebildet sind und die den metallischen Hohlkörper auf seinem Umfang erfassen. Diese schalenartig ausgebildeten Backen 55 sind radial und/oder radial und axial beweglich und können zudem noch gekühlt werden. Diese Backen 55 haben die Aufgabe, Material nachzufϋhren und gleichzeitig während der Materialnachzufuhr zu verhindern, dass der Hohlkörper im Bereich der Backen seine ursprüngliche Form aufgibt, d.h. das Aufgehen des Hohlkörpers zu verhindern. Das heißt, dass die Backen 55 in ihren inneren Abmessungen im Wesentlichen den Außenabmessungen des Hohlkörpers in seiner ursprünglichen Form entsprechen. Hierbei ist sicherzustellen, dass das axiale Nachführen von Material, was ein Öffnen der Backen mit gleichzeitigem axialen Verschieben der Backen in Offenstellung und nachfolgendem Zupacken der Backen und Verschieben der Backen samt Hohlkörper in Richtung auf das Werkzeug zu bedingt, derart schnell erfolgt, dass eine Umformung des Hohlkörpers außerhalb des Werkzeuges, d. h. während des Zeitraums, in dem die Backen 55 nicht in Eingriff mit dem umzuformenden Hohlkörper stehen, nicht erfolgt. Als vorteilhaft hat sich in diesem Zusammenhang herausgestellt, wenn der Umformdruck während des kurzen Zeitraumes, in dem die Backen nicht in Eingriff mit dem umzuformenden Hohlkörper zum Zwecke der Nachführung stehen, abgesenkt wird. Das bedeutet, dass der Innendruck pulsierend, entsprechend dem Rhythmus der Bewegung der Backen, aufgebracht wird.

Bei der Darstellung gemäß Fig. 4 ist vorgesehen, dass die Temperatur des Werkzeuges wesentlich geringer ist, als die Umformtemperatur des Werkstückes während der Umformung. Dies kann dadurch erreicht werden, dass das Werkstück, also der umzuformende metallische Hohlkörper 59, im Bereich der Umformkavität 56 induktiv (Pfeil 53) aufgeheizt wird. Außerhalb des eigentlichen Umformbereiches, also außerhalb der Umformkavität erfolgt keine Aufheizung des Werkstückes mit der Folge, dass das Werkstück außerhalb der Umformkavität und hier insbesondere außerhalb des Werkzeuges, als solches eine Temperatur aufweist, die so gering ist, dass bei anstehendem Umformdruck eine Verformung außerhalb des Werkzeuges nicht erfolgt. Wenn demzufolge die Temperatur des Werkstückes außerhalb der Kavität bzw. auch außerhalb des Werkzeuges so gering ist, dass eine Umformung selbst bei anstehendem Überdruck nicht erfolgt, so kann die Materialnachzufuhr in die Umformkavität durch axiales Stauchen ohne wesentliche Reibungsverluste zwischen der Wandung des UmformWerkzeuges und des Werkstückes erfolgen. Hierbei kann es erforderlich sein, dass der Werkzeugüberstand außerhalb der Umformkavität, also die neutrale Kavität des Werkzeuges, eine so große räumliche Erstreckung aufweist, dass durch das Werkzeug im Bereich dieser neutralen Kavität eine Abkühlung unterhalb der Umformtemperaturen des umzuformenden Hohlkörpers stattfindet.

Auch hierbei ist im Bereich der Ausgestaltung des Domes 51 ein Stempel 52 vorgesehen, der in axialer Richtung des Domes entsprechend dem Umformfortschritt verschieblich ist.

Gemäß Fig. 5a zeigt der Hohlkörper 70 einen im Wesentlichen abgeschlossenen Mantel 75 auf. Dieser Mantel 75 ist hohl ausgebildet und kann wie folgt hergestellt werden:

Zunächst wird der Hohlkörper 70 in eine Umformkavität eingelegt, die eine Mantelfläche entsprechend der Querschnittsform des Mantels 75 aufweist. Nach Ausformung der Umformkavität wird der Innendruck abgesenkt, es bleibt allerdings die Umformtemperatur aufrechterhalten. Bei abgesenktem Innendruck und gleichzeitigem Beibehalten der Umformtemperatur erfolgt nun eine Stauchung des Hohlkörpers aus Richtung des Pfeiles 80. Hierbei entsteht dann die Überstülpung 75 in Form des hohlen Mantels. Dieser hohle Mantel 75 kann als Kühler für in dem Hohlkörper geführte Flüssigkeit oder Gas dienen, wobei der Mantel mit einem Kühlmedium gefüllt sein kann.

Die Darstellung gemäß Fig. 5b unterscheidet sich lediglich dadurch von Fig. 5a, dass der Mantel 75 nicht abgeschlossen ist. Die Überstülpung ist lediglich partiell über die Länge der Ausformung getroffen.

Gemäß Fig. 6a, 6b zeichnet sich ein Umformwerkzeug aus einem Werkzeugunterteil 100 und einem Werkzeugoberteil 110 aus, die beide durch einen hydraulischen Werkzeugschließzylinder 120 aufeinander zufahrbar sind, d. h. das Werkzeug, bestehend aus Werkzeugoberteil und Werkzeugunterteil, wird durch diesen Werkzeugschließzylinder 120 geschlossen. Das Werkzeugunterteil 100 lagert auf einer sogenannten Werkzeugplatte 101 , die sich auf der Anlagenbauplatte 102 abstützt. An dieser Anlagenaufbauplatte 102 greift der mit 120 bezeichnete Werkzeugschließzylinder an. Der Werkzeugschließzylinder 120 befindet sich an dem mit 103 bezeichneten Grundgestell. Im Bereich der Umformkavität des Werkzeugober- bzw. Werkzeugunterteiles befindet sich die Stauchvorrichtung 130. Die Stauchvorrichtung 130 umfasst einen Kolben-Zylinderantrieb 131 und eine Einrichtung 132 zum Abdichten des stirnseitigen Endes des umzuformenden Hohlkörpers 140. Die Stauchvorrichtung 130 umfasst darüber hinaus einen Gaseinlass 135 zur Beaufschlagung des Hohlkörpers 140 mit einem Innendruck. Der Stauchvorgang zum Zwecke des Materialnachschubes in die Umformkavität erfolgt in Richtung der Pfeile 136. Die Kolbenstange der Kolben-Zylinderanordnung 131 lagert auf einem verstellbaren Halter 138 auf der Werkzeuggrundplatte 101.

Wesentlich hierbei ist, dass die Anordnung der Hydraulik in Form des Werkzeugschließzylinders sich im Bereich des Werkzeugunterteiles befindet, um zu verhindern, dass im Falle einer Leckage Hydraulikflüssigkeit in die Kavität gelangt. Das bedingt zum einen eine geringere Brandgefahr und darüber hinaus aber auch, dass keine Hydraulikflüssigkeit in die Kavität gelangen kann, was dort gegebenenfalls zu einer Änderung der Reibungsverhältnisse führen kann. Am jeweiligen Ende des Umformwerkzeuges ist eine Kühlhohlkörpervorrichtung vorgesehen, um das Aufgehen des Hohlkörpers während der Umformung zu verhindern.

Wie sich aus Fig. 6b ergibt, ist das Werkzeug zur Umformung des Hohlkörpers Teil eines Gesamtsystems, umfassend eine Vorwärmstation 200 und eine dem Umformwerkzeug nachgelagerte Abkühlstation 300. Der Arbeitstakt der Vorwärmstation 200, in der der umzuformende Hohlkörper induktiv erwärmt wird, ist taktweise abgestimmt auf die Zeit, die der Hohlkörper benötigt, um in dem Umformwerkzeug, wie in Bezug auf Fig. 6a beschrieben, umgeformt zu werden. Gleiches gilt für die Abkühlstation 300. D. h. sämtliche Arbeitstakte sowohl die Vorwärmung als auch die Umformung wie auch die Abkühlung sind taktmäßig aufeinander abgestimmt.

Wesentlich ist noch, dass das Formwerkzeug gemäß Fig. 6a gekapselt sein kann, um die Ausformung unter Inertgas vorzunehmen, z. B. Stickstoff oder Argon, um beispielsweise Korrosion und Verzunderung des Werkstückes vorzubeugen.