DE10019912B4

DE10019912B4 - Vorrichtung zum Hydroumformen von Werkstücken unter Einwirkung eines schwingenden Druckmediums

Info

Publication number: DE10019912B4
Application number: DE2000119912
Authority: DE
Inventors: Klaus Prof. Dr.-Ing. Siegert; Aribert Prof. Dr.-Ing.habil. Schwager; Marcus Dipl.-Ing. Krei; Manfred Breckner
Original assignee: Forschungsgesellschaft Umformtechnik mbH
Current assignee: Forschungsgesellschaft Umformtechnik mbH
Priority date: 2000-04-20
Filing date: 2000-04-20
Publication date: 2004-02-19
Anticipated expiration: 2020-04-21
Also published as: DE10019912A1

Abstract

Vorrichtung zum Hydroumformen von Werkstücken unter Einwirkung eines schwingenden Druckmediums, mit einem Andocksystem zum Zuführen des Druckmediums in einen an das Werkstück reichenden ersten Druckraum (26) und/oder einem Dichtsystem zum Abdichten dieses ersten Druckraumes (26) sowie mit einem Schwingungserzeuger (40, 52), der das Druckmedium (30) zum Schwingen anregt, wobei das Dichtsystem einen Nachschiebezylinder/Axialzylinder (14, 58) mit einem Zylindergehäuse (18), mit einer Verschiebeachse (VA), einen im Nachschiebezylinder/Axialzylinder (14, 58) geführten Kolben (20) und eine mit dem Kolben (20) verbundene Kolbenstange (22) zum Abdichten des ersten Druckraumes (26) des Werkstückes (16) umfasst,dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungserzeuger (40,52) in oder an das Dichtsystem zum Abdichten dieses ersten Druckraumes (26) integriert ist und ein Übertragungsglied (34, 68) aufweist, welches in Richtung der Verschiebeachse (VA) oder quer zur Verschiebeachse (VA) beweglich ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Umformen von Werkstücken unter Einwirkung eines schwingenden Druckmediums, mit einem Andocksystem zum Zuführen des Druckmediums in einen an das Werkstück reichenden ersten Druckraum und/oder einem Dichtsystem zum Abdichten dieses ersten Druckraumes sowie mit einem Schwingungserzeuger, der das Druckmedium zum Schwingen anregt, wie dies im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegeben ist.

Es ist bekannt, rohrförmige Werkstücke in ein Werkzeug einzulegen, beidseitig mittels Nachschiebezylindern abzudichten und durch wenigstens einen der Nachschiebzylinder hindurch Druckmittel in das Werkstück einzuleiten, um dessen Wandung an eine Werkzeuggravur zu drücken. Bei diesem als Innenhochdruckumformen bezeichneten Verfahren besteht die Gefahr, daß die Reibung des Werkstückes an der Gravur zu Rissen in der Werkstückwandung führt. Dem suchte man durch Schwingungsanregung des formenden Druckmediums zu begegnen, wozu der Hochdruckquelle gemäß DE 197 51 035 A1 ein Schwingungserzeuger zugeordnet wurde. Dies erforderte jedoch nicht nur hohen Energieaufwand, sondern auch ein aufwendiges System schwingungsresistenter Hochdruckleitungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Hydroumformen von Werkstücken unter Einwirkung eines schwingenden Druckmediums zu schaffen, die bei geringerem Energieverbrauch geringere Anforderungen an das Leitungssystem stellt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Vorrichtung zum Umformen von Werkstücken unter Einwirkung eines schwingenden Druckmediums besitzt ein Andocksystem zum Zuführen des Druckmediums in einen an das Werkstück reichenden ersten Druckraum und/oder ein Dichtsystem zum Abdichten dieses ersten Druckraumes. Darüber hinaus ist ein Schwingungserzeuger vorgesehen, der das Druckmedium zum Schwingen anregt. Er ist erfindungsgemäß in oder an das Andocksystem und/oder das Dichtsystem integriert, so daß sich zum einen das Volumen des anzuregenden Druckmediums verringert und zum anderen schwingungsresistente Leitungen überflüssig werden.

Der Schwingungserzeuger kann in einem als Andocksystem und/oder als Dichtsystem ausgebildeten Nachschiebezylinder angeordnet sein, vorzugsweise im Kreislauf zwischen einer Druckquelle und dem ersten Druckraum, aber auch unabhängig von diesem Kreislauf. Er weist ein Übertragungsglied, das in einem mit dem ersten Druckraum verbundenen zweiten Druckraum unter Komprimierung und Entspannung des Druckmediums hin- und herbeweglich ist, und ein auf das Übertragungsglied wirkendes Antriebsglied auf. Das Übertragungsglied kann dabei in Richtung oder quer zur Verschiebeachse des Nachschiebezylinders bewegbar sein. Es ist als Kolbenstange ausgebildet oder mit einer Kolbenstange verbunden. Als Antriebsglied ist ein hydraulisch oder pneumatisch betätigbarer Kolben vorgesehen. Der gesamte Schwingungserzeuger ist vorzugsweise in einem Nachschiebezylinder angeordnet, der selbst nicht der Zuführung des Druckmediums dient.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. In den zugehörigen schematischen Zeichnungen zeigen:
1 einen Ausschnitt eines Innenhochdruckumformwerkzeuges mit einem in der Verschiebeachse des Nachschiebezylinders liegenden Schwingzylinder,
2 einen Ausschnitt eines Innenhochdruckumformwerkzeuges mit einem senkrecht zur Verschiebeachse des Nachschiebezylinders angeordneten Schwingzylinder und
Das halbseitig dargestellte Umformwerkzeug 2 besteht aus einer unteren Werkzeughälfte 4 mit einer Gravur 6, einer oberen Werkzeughälfte 8 mit einer Gravur 10 und Aufnahmeplatten 12 zur Aufnahme von Nachschiebezylindern/Axialzylindern 14. Zwischen beiden Werkzeughälften 4 und 8 befindet sich ein rohrförmiges Werkstück 16. Die Axialzylinder 14 weisen Zylindergehäuse 18, darin geführte Kolben 20 und damit verbundene Kolbenstangen 22 auf, an deren werkstückzugewandten Enden Dichtkegel 24 angeordnet sind, die die rohrförmigen Werkstücke 16 unter Bildung von Druckräumen 26 abdichten können. Wenigstens einer der je Werkstück 16 erforderlichen Dichtkegel 24 besitzt einen Kanal 28, durch den hindurch der Druckraum 26 mit Druckmedium 30 beaufschlagt werden kann.
Gemäß 1 ist im Inneren der Kolbenstange 22 ein koaxialer Druckraum 32 ausgebildet, in dem ein als Schwingstange ausgebildetes Übertragungsglied 34 mittels voneinander beabstandeter Kolben 36 geführt ist. Der Druckraum 32 führt bei abgedichtetem Werkstück 16 an dessen Druckraum 26 heran. Er kann vollständig eigenständig ausgebildet sein oder abschnittsweise mit dem Kanal 28 zusammenfallen. Die Schwingstange 34 steht mit der Kolbenstange 38 eines Schwingungserzeugers/Schwingzylinders 40 in Verbindung, der am dichtkegelabgewandten Ende der beidseitig aus dem Zylindergehäuse 18 heraustretenden Kolbenstange 22 angeflanscht ist und einen Zylinderkörper 42 und einen mit der Kolbenstange 38 verbundenen Kolben 44 aufweist, dem beidseitig Druckräume 46 und 48 zugeordnet sind.
Die Wirkungsweise ist folgende:
Nach dem Einlegen des Werkstückes 16 in die untere Werkzeughälfte 4 und dem Herunterfahren der oberen Werkzeughälfte 8 wird das Werkzeug 2 geschlossen. Daraufhin fahren die Kolbenstangen 22 unter dem Einfluß eines auf die Kolben 20 wirkenden Druckes in Richtung des Werkstückes 16, bis dessen Enden durch die Dichtkegel 24 druckdicht verschlossen sind, so daß der entstandene Druckraum 26 im Werkstück 16 und der mit ihm verbundene Druckraum 32 zwischen der Kolbenstange 22 des Axialzylinders 14 und der Schwingstange 34 des Schwingzylinders 40 Druckmedium 30, beispielsweise Wasser, aufnehmen kann, um die Wandung des Werkstückes 16 gegen die Gravuren 6 und 10 zu drücken. Während dieses Umformvorgangs wird nun das unter Druck stehende Druckmedium 30 zum Schwingen angeregt. Dazu werden die Druckräume 46 und 48 des Schwingzylinders 40 derart abwechselnd unter Druck gesetzt, daß der Kolben 44 unter Mitnahme der Schwingstange 34 schwingend hin und her gleitet und das Druckmedium 30 im Rhythmus einer Schwingung komprimiert und entspannt. Die Frequenz der Schwingung kann zwischen 5 und 100 Hz liegen oder im Ultraschallbereich bis zu 25 kHz betragen.
2 zeigt ein Umformwerkzeug 50 mit einem Schwingzylinder 52, der in einem nockenartigen Abschnitt 54 einer Kolbenstange 56 eines Axialzylinders 58 quer zu dessen Verschiebeachse VA angeordnet ist. Der Schwingzylinder 52 weist ein Zylindergehäuse 60, einen Kolben 62 mit beidseitig angeordneten Druckräumen 64, 66 und eine als Schwingstange ausgebildete Kolbenstange 68 auf, die in einen senkrecht zur Verschiebeachse VA verlaufenden Druckraum 70 reicht, der mit einem in der Verschiebeachse VA verlaufenden Kanal 72 verbunden ist.
Die Wirkungsweise entspricht derjenigen des Werkzeuges 2:
Zur Schwingungsanregung des unter Druck stehenden Mediums 30 werden beide Druckräume 64 und 66 des Schwingzylinders 52 wiederum derart abwechselnd unter Druck gesetzt, daß der Kolben 62 unter Mitnahme der Schwingstange 68 schwingend hin und her gleitet und das Druckmedium 30 im Rhythmus einer Schwingung komprimiert und entspannt.
In beiden Werkzeugen wird unter Verzicht auf Leitungssysteme nur derjenige Teil des Druckmediums zum Schwingen angeregt, der dem Umformen dient.

Claims

Vorrichtung zum Hydroumformen von Werkstücken unter Einwirkung eines schwingenden Druckmediums, mit einem Andocksystem zum Zuführen des Druckmediums in einen an das Werkstück reichenden ersten Druckraum (26) und/oder einem Dichtsystem zum Abdichten dieses ersten Druckraumes (26) sowie mit einem Schwingungserzeuger (40, 52), der das Druckmedium (30) zum Schwingen anregt, wobei das Dichtsystem einen Nachschiebezylinder/Axialzylinder (14, 58) mit einem Zylindergehäuse (18), mit einer Verschiebeachse (VA), einen im Nachschiebezylinder/Axialzylinder (14, 58) geführten Kolben (20) und eine mit dem Kolben (20) verbundene Kolbenstange (22) zum Abdichten des ersten Druckraumes (26) des Werkstückes (16) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungserzeuger (40, 52) in oder an das Dichtsystem zum Abdichten dieses ersten Druckraumes (26) integriert ist und ein Übertragungsglied (34, 68) aufweist, welches in Richtung der Verschiebeachse (VA) oder quer zur Verschiebeachse (VA) beweglich ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Inneren der Kolbenstange (22) ein koaxialer Druckraum (32) ausgebildet ist, in dem das in Richtung der Verschiebeachse (VA) bewegliche Übertragungsglied (34) des Schwingungserzeugers (40) mittels voneinander beabstandeter Kolben (36) geführt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das in Richtung der Verschiebeachse (VA) bewegliche Übertragungsglied (34) mit einer Kolbenstange (38) des Schwingungserzeugers (40) in Verbindung steht, der am dichtkegelabgewandten Ende der beidseitig aus dem Zylindergehäuse (18) heraustretenden Kolbenstange (22) angeflanscht ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungserzeuger (40) einen Zylinderkörper (42) und einen mit der Kolbenstange (38) verbundenen Kolben (44) aufweist, dem beidseitig Druckräume (46) und (48) zugeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das quer zur Verschiebeachse (VA) bewegliche übertragungsglied (68) des Schwingungserzeugers (52) in einem nockenartigen Abschnitt (54) der Kolbenstange (56) des Axialzylinders (58) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungserzeuger (52) ein Zylindergehäuse (60), einen Kolben (62) mit beidseitig angeordneten Druckräumen (64, 66) und eine als Übertragungsglied (68) ausgebildete Kolbenstange aufweist, die in einen senkrecht zur Verschiebeachse (VA) verlaufenden Druckraum (70) reicht, der mit einem in der Verschiebeachse (VA) verlaufenden Kanal (72) der Kolbenstange (56) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungsglied (34, 68) des Schwingungserzeugers (40, 52) als eine Schwingstange ausgebildet ist.