DE10016206C1 - Formwerkzeug für nach dem Innenhochdruck-Umformen herzustellende hohle Bauteile aus zwei Blechplatinen - Google Patents

Abstract

Bei einem mehrteiligen Formwerkzeug für nach dem Innenhochdruck-Umformen herzustellende hohle Bauteile aus zwei Blechplatinen (3, 4) umfassend ein Ober- und ein Unterwerkzeug (1, 2), welche einen Formhohlraum aufweisen, und zwischen denen die Blechplatinen an ihren Randbereichen einspannbar sind, mit einem Zuführmittel (8, 12, 13) für das Wirkmedium in den Formhohlraum, wobei das Zuführmittel im Werkzeug verschiebbar angeordnet ist und quer in Richtung der Einspannebene von Ober- und Unterwerkzeug durch Verbund mit einer in eine der beiden Platinen eingebrachten Öffnung durch das sich bei der Verformung mitfließende Material mitnehmbar ist, sind in das Ober- und Unterwerkzeug (1, 2) mindestens zwei Scheiben mit einer Exzenterverstellung angeordnet, wobei der in den Formhohlraum mündende Zuführmittelabschnitt (8) die Scheiben durchdringt und die Exzenterverstellung derart gewählt ist, daß durch gegenläufige Drehrichtungen der Scheiben der Zuführmittelabschnitt einen geradlinigen Verschiebeweg zurücklegt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Formwerkzeug für nach dem Innenhoch­ druck-Umformen herzustellende hohle Bauteile aus zwei Blechplatinen, umfas­ send ein Ober- und ein Unterwerkzeug, welche einen Formhohlraum aufweisen, und zwischen denen die Blechplatinen an ihren Randbereichen einspannbar sind, mit einem Zuführmittel für das Wirkmedium in den Formhohlraum, das im Werk­ zeug verschiebbar angeordnet ist und quer in Richtung der Einspannebene von Ober- und Unterwerkzeug mit dem bei der Verformung mitfließenden Material mit­ nehmbar ist.

Beim Innenhochdruckumformen von Platinen werden bekanntlich zwei Blechplati­ nen aufeinandergelegt, in ein mindestens zweigeteiltes Werkzeug eingelegt und beim Schließen des Werkzeugs durch die Schließkraft eingespannt. Durch Einlei­ ten eines Wirkfluids in den Trennspalt der beiden Platinen weiten sich diese in die Gravur des Umformwerkzeuges auf. Dabei ergibt sich bei bekannten Andocksy­ stemen mit feststehendem Andockkolben mit Führungskanal für das Wirkmedium der Nachteil, daß durch das plastische Fließen der einen Platine beim Umform­ vorgang die festangeordnete Durchleitöffnung, die in der anderen Platine einge­ bracht ist, bzw. der Mündungsbereich des Führungskanals weitgehend abgedichtet wird und sich das Wirkmedium gegen diesen Widerstand zwischen den Plati­ nen einen Weg suchen muß bzw. im Extremfall gestoppt wird.

Aus der DE 198 16 566 A1 ist ein Formwerkzeug für nach dem Innenhochdruck- Umformen herzustellende Bauteile aus zwei an den Rändern verschweißten Blechplatinen bekannt, welches gleichzeitig ein dichtes Andocken und ein Nach­ fließen der eingespannten Randbereiche der Doppelplatine in Richtung Formhohl­ raum ermöglicht. Hierzu sitzt im Oberteil des Werkzeugs verschieblich ein Träger für den Andockstempel, der mit einem Ansatz in einer fest im Oberteil sitzenden Führung nach Art einer Kulissenführung gehalten ist. Der Andockstempel, der ein konisches Mundstück und einen gegenüber der Stirnseite des konischen Mund­ stücks zurückversetzten Dichtungskragen aufweist, ist in dem Träger quer in Richtung der Einspannebene von Ober- und Unterwerkzeug vorschiebbar. Da der Andockstempel verschiebbar gelagert ist, bleiben beim Nachfließen von Material auch aus dem Bereich des Rands, wo der Andockstempel angedockt ist, die geo­ metrischen Verhältnisse beim Nachfließen des Materials unverändert, so daß auch der dichtende Anschluß des Andockstempels erhalten bleibt. Hierbei erweist es sich als nachteilig, daß der Träger bzw. der Querandockstempel im Werkzeug selbst verschiebbar angeordnet ist, was eine entsprechende Aussparung im Werkzeug erforderlich macht. Gleichzeitig macht die bekannte Ausführung ein fle­ xibles Verbindungsstück zwischen Druckquelle und mitbewegtem Andockstempel notwendig.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Formwerk­ zeug zu schaffen, das bei Überwindung der Nachteile aus dem Stand der Technik eine wirkungsvolle Mitführung der Zuführmittel für das Wirkmedium gewährleistet.

Diese Aufgabe wird mittels eines Formwerkzeugs mit den Merkmalen des Patentan­ spruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen of­ fenbart.

Hierzu wird vorgeschlagen, daß der in den Formhohlraum mündende Zuführmit­ telabschnitt zwecks seiner Verschiebbarkeit mindestens zwei Scheiben mit einer Exzenterverstellung durchdringt und die Exzenterverstellung derart gewählt ist, daß durch gegenläufige Drehrichtungen der Scheiben der Zuführmittelabschnitt einen geradlinigen Verschiebeweg zurücklegt. Damit wird gegenüber der Lösung, wie sie in der DE 198 16 566 A1 beschrieben ist, eine konstruktiv einfachere Rea­ lisierung eines mitlaufenden Zuführmittelsystems geschaffen.

Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei den bei­ den Scheiben mit Exzenterverstellung um eine um ihren Mittelpunkt rotierbare In­ nenscheibe, die in eine ebenfalls um ihren Mittelpunkt rotierbare Außenscheibe exzentrisch integriert ist. Der mit der Fließbewegung des Platinenmaterials mit­ führbare Zuführmittelabschnitt zum Einbringen des Wirkfluids durchdringt die In­ nenscheibe exzentrisch, die wiederum von der Außenscheibe aufgenommen wird. Wenn bei dem Umformvorgang das Platinenmaterial anfängt zu fließen, ist es dem in den Formhohlraum bzw. in den Zuführkanal mündenden Zuführmittelabschnitt möglich, durch gegenseitige Drehbewegung der rotierbaren Scheiben eine Bewe­ gung quer in Richtung der Einspannebene zwischen Ober- und Unterwerkzeug mitzumachen. Bei einer bevorzugten Ausbildung entspricht der Durchmesser der Innenscheibe dem Radius der Außenscheibe.

Das Formwerkzeug wird vorteilhaft weitergebildet, indem die Zuführmittel neben dem in den Formhohlraum mündenden ersten Abschnitt einen zweiten, entweder das Ober- oder das Unterwerkzeug durchdringenden, festen Zuführmittelabschnitt umfassen, der in einen sich parallel zum Verschiebeweg erstreckenden Speiseka­ nal einmündet, um den ersten Zuführmittelabschnitt entlang seines Verschiebe­ weges mit Wirkmittel zu versorgen. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß der mitgenommene erste Zuführmittelabschnitt durch Verfahren entlang des Speise­ kanals stets mit Wirkfluid versorgt wird.

Im Gegensatz zu dem bekannten Träger-Prinzip nach Art einer Kulissenführung sind die vorgeschlagenen Mitnahmemittel ein weit mehr in das Werkzeug inte­ grierter Bestandteil. Hierzu ist eine Aufnahmeplatte auf der Werkzeugseite vorge­ sehen, von der das Wirkfluid eintritt, die die beiden Exzenterscheiben aufnimmt. Der in den Formhohlraum mündende Zuführmittelabschnitt ist als axialer Kanal bzw. als Düse ausgebildet. Zur Gewährleistung eines dichten Verbundes zwischen der Öffnung in der Platine und dem axialen Kanal weist die Innenscheibe ein koni­ sches Mündungsstück mit einem zurückversetzten Kragen auf, wobei das Mün­ dungsstück den axialen Kanal mit Innenscheibe sowie mittelbar die Außenscheibe in der Platine verankert. Zudem weist das Formwerkzeug den Vorteil auf, daß bei­ de Platinen stets mit dem Werkzeug in Berührung kommen, wodurch sich eine dadurch entstehende Kontaktreibung ausnutzen läßt.

Beim Einlegen der Platinen in das Werkzeug wird die mit der Öffnung versehene Platine dicht auf einem entsprechend ausgebildeten Mündungsstück des in den sich später ausbildenden Zuführkanal mündenden Zuführmittelabschnitts plaziert und dieser Zuführmittelabschnitt durch gegenläufige Drehbewegung der beiden Scheiben in einer Exzenterverstellung zusammen mit dem fließenden Material mitgeführt, wobei er entlang des Verschiebeweges stets mit Wirkfluid versorgt wird. Einlege- und Andockphase fallen demgemäß zusammen.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung. Hierbei zeigen jeweils schematisch:

Fig. 1 einen Ausschnitt eines Querschnitts eines Werkzeugs nach einer erfindungsgemäßen Ausführungsform mit in das Werkzeug einge­ legten und eingespannten Blechplatinen kurz nach Beginn der Auf­ weitphase;

Fig. 2 die Stellung der Mitnahmemittel des Werkzeugs in der Phase nach Fig. 1;

Fig. 3 den Ausschnitt eines Werkzeugs nach Fig. 1 am Ende der Aufweit­ phase;

Fig. 4 die Stellung der Mitnahmemittel des Werkzeugs in der Phase nach Fig. 3;

Fig. 5 ein Werkzeug im Querschnitt mit eingespannten Platinen mit einem feststehenden Andocksystem nach dem Stand der Technik.

Das in Fig. 1 ausschnittsweise dargestellte Werkzeug zum Innenhochdruck- Umformen setzt sich aus einem Ober- und Unterwerkzeug 1, 2 zusammen, die zwischen sich einen Formhohlraum ausbilden. Mit Hilfe von Fig. 5, die einen Ge­ samtüberblick auf ein solches Werkzeug nach dem Stand der Technik gibt, soll das Innenhochdruckumformen beschrieben werden. Bekanntermaßen setzt es sich aus der Einlege-, der Andockphase, der Aufweitphase sowie der Kalibrier­ phase zusammen. Nachdem eine der beiden umzuformenden Platinen 3, 4 mit einer Öffnung versehen wurde, werden die beiden Platinen 3, 4 in das Werkzeug eingelegt und die beiden Werkzeugteile 1, 2 durch hier nicht dargestellte Füh­ rungs- und Preßvorrichtungen zusammengefahren, so daß die Platinen umlaufend in einem Randbereich eingeklemmt werden. Üblicherweise erfolgt dann das An­ docken mit einem Andockstempel zum Einbringen des Wirkfluids, wobei der An­ dockstempel an die Öffnung der einen Platine angeschlossen wird. Das Wirkfluid tritt durch den Andockstempel unter Hochdruck ein und verdrängt die andere Pla­ tine in einen sich im Randbereich der Platinen aufweitenden Zuführkanal. Wäh­ rend dieser Aufweitphase weiten sich die Platinen im Formhohlraum auf, und es fließt Material aus den eingeklemmten Randbereichen in Richtung des Formhohl­ raums nach. Bei der sich anschließenden Kalibrierphase werden die Randbereiche fester eingeklemmt, und die Platinen werden - die Gravur des Werkzeugs annehmend - bis zur Fertigkontur weiter aufgeweitet.

Die Fig. 1 stellt ein erfindungsgemäß weiterentwickeltes Formwerkzeug am Be­ ginn der Aufweitphase mit einem mitlaufenden Zuführmittelsystem dar. Es umfaßt ein Ober- und ein Unterwerkzeug 1, 2, welche zwischen sich zwei Blechplatinen 3, 4 aufnehmen. Entlang des Unterwerkzeugs 2, an dem die Randbereiche der unte­ ren Platine 4 zur Anlage kommen bzw. eingeklemmt werden, ist eine Aufnahme­ platte 5 vorgesehen. Diese nimmt eine äußere kreisförmige Scheibe 6, die um ih­ ren Mittelpunkt rotierend angeordnet ist, auf. Exzentrisch zur Außenscheibe 6 ist eine kreisförmige Innenscheibe 7 mit im Verhältnis zur Außenscheibe 6 kleineren Durchmesser angeordnet. Quer zur Einspannebene der Platinen 3, 4 erstreckt sich eine Düse bzw. ein axialer Kanal 8 entlang der Innen- bzw. der Außenscheibe 7, 6. Die Innenscheibe 7 ist mit einem konischen Mundstück 9 am Mündungsbe­ reich des axialen Kanals 8 versehen und weist entsprechend der Dicke der Platine in deren Ausgangsform einen Kragen 10 auf, der oben bündig mit der Platine 4 abschließt. Der axiale Kanal 8 weist auf der anderen Seite der Innenscheibe ein Ansatzstück 11 mit vergrößertem Durchmesser auf. In das Unterwerkzeug 2 des Werkzeugs ist ein Speise- bzw. Sammelkanal 12 eingearbeitet, der sich unterhalb der beiden Scheiben parallel zur Einspannebene der beiden Platinen erstreckt. Seine Ausdehnung ist durch den maximalen Durchmesser der Außenscheibe 6 begrenzt. Dieser Speisekanal 12, vorteilhaft als Nut ausgebildet, wird über einen Druckkanal 13, welcher durch das Unterwerkzeug führt, mit dem Wirkfluid, d. h. mit einer Druckflüssigkeit, gespeist (hier mit einem Pfeil angedeutet).

Zur Durchführung des Verfahrens werden die Platinen 3, 4 in das Werkzeug ein­ gelegt, wobei die Platine 4, die mit einer entsprechenden Öffnung versehen wur­ de, so eingelegt wird, daß das Mündungsstück 9 des axialen Kanals 8 bereits dicht in die Öffnung eingreift. Nach dieser Einlegephase, die bereits die Andock­ phase nach dem bekannten herkömmlichen Verfahren einschließt, wird die Aufweitphase durch Einleiten von Druckflüssigkeit eingeleitet. Hierbei weicht die zweite Platine 3 im oberen Werkzeug 1 in den Zuführkanal 14 aus. Aufgrund der zunehmenden Aufweitung der Platinen im Formhohlkörper fließt Material in Rich­ tung Formhohlraum nach. Der axiale Kanal 8, der in der Öffnung der unteren Pla­ tine 4 fest verankert ist, wird durch die Fließbewegung mitgenommen und auf ei­ nem geradlinigen Weg durch die gegenläufige Drehbewegung der beiden Schei­ ben bewegt. Diese Bewegung und damit örtliche Verlagerung der Mitnahmemittel wird deutlich in den Fig. 2 und 4, in denen die Drehrichtungen der beiden Scheiben und die Bewegung des axialen Kanals durch entsprechende Pfeile dar­ gestellt sind.

Durch den entlang der gesamten Mitnahmestrecke verlaufenden Sammelkanal 12 wird der axiale Kanal 8 stets mit Druckflüssigkeit versorgt. Fig. 3 zeigt die Stel­ lung der Mitnahmemittel (Scheiben 6, 7) am Ende der Aufweitphase, wobei sich der axiale Kanal in etwa am Ende seines Verschiebeweges befindet. Die Dreh­ punkte der beiden Schreiben (Außenscheibe 6, Innenscheibe 7) sind hier mit 15, 16 bezeichnet. Bei der gezeigten Ausführungsform bewegt sich die äußere Schei­ be 6 stets um ihren Mittelpunkt 15, während sie die ebenfalls um ihren eigenen Mittelpunkt 16 rotierbare innere Scheibe 7 mitnimmt, wobei der axiale Kanal ins­ gesamt eine geradlinige Bewegung zurücklegt. Die Rückwärtsbewegung des axialen Kanals erfolgt nach Entnahme des Bauteils aus dem Werkzeug durch Zu­ rückstellen der Exzenterscheibenanordnung in ihre Ausgangslage.

Es ist selbstverständlich, daß die Anordnung der Zuführmittel für das Wirkfluid bzw. die Mitnahmemittel nicht auf das Unterwerkzeug beschränkt sind; sie können selbstverständlich auch im Oberwerkzeug angeordnet sein. Insgesamt wird im Vergleich zu bekannten mitlaufenden Systemen zur Zuführung des Wirkfluids auf­ grund der Ausbildung der Bewegungsmittel als Scheiben, die zueinander exzen­ trisch versetzt sind, eine störungsfrei arbeitende, in das Werkzeug integrierte Lö­ sung geschaffen, die bereits mit Einlegen der Platinen den Verbund zwischen Platine und Zuführmitteln für das Wirkfluid erreicht und somit auf die Andockphase durch Querandocken eines Andockstempels verzichten kann.

Claims (6)

1. Formwerkzeug für nach dem Innenhochdruck-Umformen herzustellende hohle Bauteile aus zwei Blechplatinen (3, 4), umfassend ein Ober- und ein Unterwerkzeug (1, 2), welche einen Formhohlraum aufweisen, und zwischen denen die Blechplatinen (3, 4) an ihren Randbereichen einspannbar sind, mit ei­ nem Zuführmittel (8, 12, 13) für das Wirkmedium in den Formhohlraum, wobei das Zuführmittel im Werkzeug verschiebbar angeordnet ist und quer in Richtung der Einspannebene von Ober- und Unterwerkzeug (1, 2) durch Ver­ bund mit einer in eine der beiden Blechplatinen (3, 4) eingebrachten Öffnung durch das sich bei der Verformung mitfließende Material mitnehmbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß in das Ober- oder Unterwerkzeug (1, 2) mindestens zwei Scheiben mit einer Exzenterverstellung angeordnet sind, der in den Formhohlraum mün­ dende Zuführmittelabschnitt (8) die Scheiben durchdringt und die Exzenter­ verstellung derart gewählt ist, daß durch gegenläufige Drehrichtungen der Scheiben der Zuführmittelabschnitt (8) einen geradlinigen Verschiebeweg zu­ rücklegt.

2. Formwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuführmittelabschnitt (8) exzentrisch eine um ihren Mittelpunkt ro­ tierbare Innenscheibe (7) durchdringt und diese in eine, ebenfalls um ihren Mittelpunkt rotierbare Außenscheibe (6) exzentrisch integriert ist.

3. Formwerkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Innenscheibe (7) in etwa dem Radius der Außen­ scheibe (6) entspricht.

4. Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführmittel (8, 12, 13) neben dem in den Formhohlraum mündenden ersten Zuführmittelabschnitt (8) einen zweiten, entweder das Ober- oder Unterwerkzeug (1, 2) durchdringenden, nicht verschiebbaren Zuführmittelabschnitt (13) umfas­ sen, der in einen sich parallel zum Verschiebeweg erstreckenden Speise­ kanal (12) einmündet, um den ersten Zuführmittelabschnitt (8) entlang sei­ nes Verschiebeweges mit Wirkmittel zu versorgen.

5. Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenscheibe (7) ein konisches Mündungsstück (9) mit einem zu­ rückversetzten Kragen (10) aufweist, welches in die vorbereitete Öffnung in der den Zuführmitteln (8, 12, 13) zugewandten Blechplatine (4) zwecks Schaf­ fung eines dichten Verbundes passend eingreift.

6. Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine Aufnahmeplatte (5) zwischen dem Unter- oder dem Oberwerkzeug (1, 2) und der unteren oder der oberen Blechplatine (3, 4), einen Kanal als zweiten Zuführmittelabschnitt (13), der in das Unter- oder Oberwerkzeug (1, 2) eingebracht ist und in den Speisekanal (12) mündet, und eine Düse als ersten Zuführmittelabschnitt (8), die entlang des Speisekanals mit der bei der Verformung fließenden Blechplatine (4) mitnehmbar ist durch die gegenläufige Verdrehung der Innen- und Außenscheibe (7, 6), die von der Aufnahme­ platte (5) aufgenommen werden.