DE102004043542A1

DE102004043542A1 - Vorrichtung zum Umformen von Werkstücken durch Druckimpulse

Info

Publication number: DE102004043542A1
Application number: DE200410043542
Authority: DE
Inventors: Daniel Carle; Jürgen Sander; Alexander Hoffmann
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2004-09-09
Filing date: 2004-09-09
Publication date: 2006-03-30
Anticipated expiration: 2024-09-10
Also published as: DE102004043542B4

Abstract

Eine Vorrichtung zum Umformen von Werkstücken durch Druckimpulse einer auf die Innenwandung des Werkstücks einwirkenden Flüssigkeit besitzt ein eine Gravur aufweisendes und dadurch die Konturen des eingelegten Werkstücks bestimmendes Formwerkzeug und eine Zuleitung zur Zuführung der Flüssigkeit in das Innere des Formwerkzeugs bzw. des in dieses eingelegten Werkstücks. DOLLAR A Eine wesentliche Besonderheit besteht darin, dass das Formwerkzeug (10, 11) trommelartig zylindrisch ausgebildet, um seine Längsachse (22) drehbar ist und aus mehreren Einzelformen (12-19 bzw. 20, 21) besteht, die nach Art eines Trommelrevolvers einen geschlossenen Kreis bildend in Umfangsrichtung (23) hintereinander angeordnet sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Beim Umformen von Werkstücken auf konventionelle Art, d. h. durch permanent wirkenden Flüssigkeitshochdruck entstehen bekanntermaßen hohen Prozess- und Werkzeugkosten. Diese sind vornehmlich dadurch bedingt, dass massive Umformwerkzeuge und Pressen benötigt werden, um die auftretenden hohen Kräfte aufzunehmen.
Um hier Abhilfe zu schaffen, wurde das sogenannte Impulsumformen entwickelt, bei dem der zum Umformen erforderliche Hochdruck nicht dauerhaft, sondern impulsförmig auf das Werkstück aufgebracht wird. Demgemäss treten Belastungen nur in zeitlichen Bereichen von Millisekunden auf und sind deshalb leichter beherrschbar. Hierdurch wird es möglich, sehr viel kompaktere und einfachere Werkzeuge (als beim konventionellen Innenhochdruckumformen) zu verwenden. Ebenfalls werden hydraulische Zuhaltesysteme entbehrlich.

Hinsichtlich des vorstehend geschilderten Standes der Technik ist die DE 30 29 950 A1 zu nennen. Die zur Umformung des Werkstücks benötigten Druckimpulse werden hier durch eine sogenannte Gaskanone erzeugt.

Das Impulsumformverfahren nach dem Stand der Technik hat indessen weiterhin den bereits beim – eingangs erwähnten – konventionellen Innenhochdruck-Umformverfahren gegebene Nachteil, dass nämlich hohe Taktzeiten anfallen, weil die umzuformenden Werkstücke nacheinander zugeführt, mit Umform-(druck-)flüssigkeit befüllt und – nach abgeschlossener Umformung – wieder entnommen werden müssen.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Taktzeiten bei einer durch Hochdruckimpulse vorgenommenen Umformung von Werkstücken zu verkürzen.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe bei einer Vorrichtung der eingangs bezeichneten Gattung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Durch die kreisförmige Anordnung mehrerer Einzelformen (Werkzeuggravuren) und die – taktförmige – Drehbarkeit des gesamten Formwerkzeugs gelingt es nunmehr, die Taktzeiten erheblich zu verkürzen. Denn durch die revolverartige Ausbildung des Werkzeugs mit Mehrfachform können die Arbeitsvorgänge Einlegen, Ausformen und Umformen des Werkstücks getrennt voneinander durchgeführt werden. Die Erfindung ermöglicht auf diese Weise eine vollständige Nutzung des (generellen) Vorteils des Impulsumformverfahrens, nämlich der Bereitstellung von Druckimpulsen in zeitlich kurzen Abständen.

Die durch die Erfindung erreichte erhebliche Verkürzung der Taktzeit bewirkt wiederum – vorteilhafterweise – eine entsprechende Kostenersparnis bei der Durchführung des Umformprozesses.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des Grundgedankens der Erfindung können den Patentansprüchen 2 bis 8 entnommen werden.

Die Erfindung ist in der Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispiels veranschaulicht, das im Folgenden detailliert beschrieben wird. Es zeigt:

1 – in perspektivischer Darstellung – eine Ausführungsform eines Formwerkzeugs zum Impulsumformen von Werkstücken, und

2 – in gegenüber 1 vergrößerter Darstellung – einen Vertikalschnitt (Schnitt II-II in 1) eines Segments aus dem Formwerkzeug nach 1.

Es bezeichnet 10 ein zylinderförmiges Innenteil und 11 ein kreisringförmiges Gesamt-Außenteil. Die Teile 10, 11 bilden insgesamt ein Formwerkzeug. Das Gesamt-Außenteil 11 besteht aus insgesamt 8 kreissegmentförmigen, aneinander angrenzenden Außenteilen 12–19. Wie anhand des in 2 im Vertikalschnitt dargestellten Außenteils 13 ersichtlich, ist in jedes Außenteil (12–19) eine Gravur 20 – hälftig – eingearbeitet. Die Gravur 20 wird jeweils im Innenteil 10 durch eine entsprechende hälftige Gravur 21 ergänzt (s. 1). Somit bildet jedes Außenteil (z. B. 13) mit seiner Gravur 20, zusammen mit der zugeordneten Gravur 21 am Innenteil 10 eine Einzelform. Das aus 1 ersichtliche Formwerkzeug 10, 11 besitzt also insgesamt acht Einzelformen. Das Formwerkzeug 10, 11 ist durch einen (nicht gezeigten) Antrieb um seine Längsmittelachse 22 in Pfeilrichtung 23 drehbar, wobei die Drehbewegung in einzelnen Taktschritten erfolgt.
Die Einzelformen 12–19 mit ihren sich jeweils zu einer geschlossenen Gravur ergänzenden hälftigen Gravuren 20, 21 dienen, wie 2 erkennen lässt, zur Aufnahme eines zu verformenden rohr förmigen Werkstücks 24. Eine strichpunktierte Linie 25 markiert die Längsmittelachse des Werkstücks 24 wie auch der (Gesamt-)Gravur 20, 21. Rechtsseitig der Mittelachse 25 ist das Werkstück 24 im noch unverformten Zustand, linksseitig im bereits verformten Zustand gezeigt.
Um das Werkstück 24 in die aus 2 (linksseitig) ersichtliche form zu bringen, muss zunächst ein im Inneren des Werkstücks 24 ausgebildeter Hohlraum 26 mit Flüssigkeit gefüllt werden. Die Zufuhr der Flüssigkeit erfolgt durch ein Füllrohr 27 (s. 1), dessen Querschnitt im wesentlichen dem durch die jeweilige (Gesamt-) Gravur 20, 21 gebildeten Querschnitt entspricht.
Um den Umformvorgang zu vollziehen, muss in der im Inneren des Werkstücks 24 befindlichen Flüssigkeit ein Hochdruckimpuls erzeugt werden. Hierfür dient ein weiteres, koaxial zu der betreffenden Einzelform bzw. deren (Gesamt-)Gravur 20, 21 angeordnetes Rohr 28, in dessen Innerem ein Plunger 29 axial beweglich geführt ist. Der Plunger 29 wird zuvor in dem Rohr 28 auf eine geeignete Fallhöhe angehoben und anschließend frei gegeben. Er bewegt sich daraufhin aufgrund seines Eigengewichts bzw. der auf ihn wirkenden Schwerkraft mit entsprechender Beschleunigung nach unten und schlägt schließlich – stirnseitig – auf die das (flüssigkeitsgefüllte) Werkstück (24) enthaltende (Gesamt-)Gravur 20, 21 auf. Der Aufschlag erzeugt in der Flüssigkeit einen Druckimpuls, der das Werkstück (24) in gewünschter Weise umformt (s. 2, linke Seite).
Zusätzlich zu der auf den Plunger 29 wirkenden Schwerkraft kann dieser auch noch durch einen – hydraulisch oder pneumatisch in dem Rohr 28 erzeugten – Überdruck beschleunigt werden.
Während des Umformvorgangs treten – kurzzeitig – entsprechende Kräfte auf, denen die betreffende Einzelform standhalten muss. Die Außenteile 12–19, insbesondere dasjenige Außenteil, in dessen Innerem sich jeweils der Verformungsvorgang abspielt, vorliegend das Außenteil 17 (s. 1), müssen daher in ihrer aus 1 ersichtlichen Betriebsposition gehalten werden. Zu diesem Zweck sind am Außenumfang des Formwerkzeugs 10, 11 abnehmbare ringförmige Halteteile 30, 31 und 32 angeordnet, die erforderlichenfalls noch durch weitere entsprechende Halteteile ergänzt werden können.
Um das umgeformte Werkstück (24) entnehmen zu können, muss zuvor das betreffende Außenteil, z. B. 12 (1), abgenommen werden. Gleichzeitig kann – in Umfangsrichtung (23) etwas versetzt – ein neues zu verformendes Werkstück (24) (in eine dortige Einzelform) eingelegt und das diesbezügliche Außenteil (vorliegend 14, 1) in Betriebsposition gebracht werden. Anschließend wird der innerhalb des Werkstücks (24) liegende Hohlraum (26) mittels des Füllrohrs (27) mit Flüssigkeit befüllt. Danach kann die Verformung durch Druckimpuls (wie oben geschildert) erfolgen.
Durch die – taktförmige – Drehbewegung des Formwerkzeugs 10, 11 wandern die Werkstücke (24) nacheinander durch den Umformprozess und werden anschließend wieder aus der jeweiligen Einzelform herausgenommen.

Claims

Vorrichtung zum Umformen von Werkstücken durch Druckimpulse einer auf die Innenwandung des Werkstücks einwirkenden Flüssigkeit, mit einem eine Gravur aufweisenden und dadurch die Konturen des eingelegten Werkstücks bestimmenden Formwerkzeug und mit einer Zuleitung zur Zuführung der Flüssigkeit in das Innere des Formwerkzeugs bzw. des in dieses eingelegten Werkstücks, dadurch gekennzeichnet, dass das Formwerkzeug (10, 11) trommelartig zylindrisch ausgebildet, um seine Längsachse (22) drehbar ist und aus mehreren Einzelformen (12–19 bzw. 20, 21) besteht, die nach Art eines Trommelrevolvers einen geschlossenen Kreis bildend in Umfangsrichtung (23) hintereinander angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein (gemeinsames) zylinderförmiges Innenteil (10) in dessen Mantelfläche die Gravuren (21) der Einzelformen hälftig eingearbeitet sind, und ferner dadurch, dass jede Einzelform ein abnehmbares Außenteil (12–19) besitzt, das eine mit der zugeordneten Gravur (21) des Innenteils (10) korrespondierende und diese ergänzende hälftige Gravur (20) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die abnehmbaren Außenteile (12–19) kreissektorförmig ausgebildet sind und – aneinandergereiht – eine geschlossene Zylinder-Mantelfäche bilden.
Vorrichtung nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Einzelformen (12–19 bzw. 20, 21) umschlossenen zur Aufnahme der Werkstücke (24) dienenden Hohlräume (Gravuren 20, 21) an der oberen Stirnfläche des Formwerkzeugs (10, 11) ausmünden und dort jeweils mit einem zur Befüllung eines innerhalb des Werkstücks (24) ausgebildeten Hohlraumes (26) mit Flüssigkeit dienenden Füllrohres (27) zusammenwirken.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllrohr (27) achsparallel oder im wesentlichen achsparallel zur Drehachse (22) des Formwerkzeugs (10, 11) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das obere Ende der Gravuren (20, 21) jeweils mit einem in einem (weiteren) Rohr (28) geführten Plunger (29) zwecks Erzeugung eines Druckimpulses in der im Hohlraum (26) des Werkstücks (24) befindlichen Flüssigkeit zusammenwirkt.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Plunger (29) durch sein Eigengewicht und/oder durch einen im Rohr (28) pneumatisch oder hydraulisch erzeugten Druck in Richtung der jeweiligen Gravur (20, 21) betätigbar ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenteile (12–19) am Außenumfang des Formwerkzeugs (10, 11) durch abnehmbare ringförmige Halteteile (30–32) in ihrer Betriebsposition fixierbar sind.