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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Innenhochdruckumformvorrichtung.
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Aus
dem Stand der Technik ist es bekannt, metallische Bauelemente mittels
eines Innenhochdruckumformverfahrens umzuformen. Als Umformmedium
dient üblicherweise
Wasser, welches mit entsprechenden Zusätzen in Form einer Emulsion verwendet
wird. Alternativ hierzu ist es auch möglich, die Innenhochdruckumformung
mit Luft vorzunehmen.
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Die
aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen umfassen relativ
große
Pressen, die beispielsweise einen Pressendruck von 1000 to oder mehr
aufweisen. Hierbei müssen
relativ große
Werkzeuge über
einen relativ großen
Weg bewegt werden, um die Presse zu öffnen bzw. zu schließen. Weiterhin
ist ein relativ großes
Volumen an Hydraulikfluid erforderlich, um den Umformvorgang durchzuführen.
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All
dies bedeutet, dass die jeweiligen Taktzeiten relativ lang sind.
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Die
DE 199 55 518 A1 beschreibt
ein Etagenumformwerkzeug für
eine Innenhochdruck-Umformpresse. Dabei sind sich ergänzende plattenförmige Werkzeugeinsätze vorgesehen,
welche sich zum Öffnen
und Schließen
der zwischen ihnen angeordneten Formräume auf sie untereinander verbindenden
Führungssäulen verschiebbar
sind.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Innenhochdruckumformvorrichtung
der eingangs genannten Art zu schaffen, welche bei einfachem Aufbau
und einfacher, kostengünstiger
Herstellbarkeit kurze Taktzeiten ermöglicht.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe durch die Merkmalskombination des Hauptanspruchs gelöst, die
Unteransprüche
zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
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Erfindungsgemäß ist somit
vorgesehen, dass die Innenhochdruckumformvorrichtung mit einem ersten
und einem zweiten drehbaren Werkzeugträger versehen ist. An dem ersten
und an dem zweiten Werkzeugträger
sind jeweils erste bzw. zweite Werkzeuge ange bracht. Die beiden
Werkzeugträger sind, ähnlich einem
Revolver, im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet und so zueinander
angeordnet, dass ihre Zylinderflächen
im Wesentlichen aufeinander abrollen. Erfindungsgemäß ist es
somit nicht erforderlich, den Öffnungs-
bzw. Schließvorgang
des Werkzeugs durch Linearbewegungen zu realisieren. Vielmehr ist
es lediglich erforderlich, den ersten und den zweiten Werkzeugträger zu drehen,
um taktweise die an dem ersten Werkzeugträger angeordneten ersten Werkzeuge
mit den an dem zweiten Werkzeugträger angeordneten zweiten Werkzeugen
in Zuordnung zu bringen. Da die beiden drehbaren Werkzeugträger im Wesentlichen
parallel zueinander angeordnet sind und sich in einer abrollenden
Zuordnung zueinander befinden, sind die Werkzeuge jeweils bereits
in einem Schließzustand,
wenn sie durch die Drehbewegung zueinander positioniert sind. Es
ist somit nicht erforderlich, die Werkzeuge, wie beim Stand der
Technik bekannt, durch Linearbewegungen zu öffnen und zu schließen, um
die Werkstücke
einzulegen bzw. zu entnehmen.
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Da
der Drehvorgang oder Rotationsvorgang der Werkzeugträger grundsätzlich sehr
schnell erfolgen kann, ergibt sich die benötigte Taktzeit praktisch ausschließlich aus
der erforderlichen Umformzeit. Hierdurch ist es möglich, innerhalb
eines sehr kurzen Zeitraums eine Vielzahl von Werkstücken umzuformen.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
dass der erste und der zweite drehbare Werkzeugträger mittels
einer Schließ-Kolben-Zylindereinheit gegeneinander
verspannbar sind. Die Schließ-Kolben-Zylindereinheit
dient erfindungsgemäß lediglich
dazu, eine ausreichende Schließkraft
auf das jeweilige Paar eines ersten und eines zweiten Werkzeugs
aufzubringen. Es werden somit die beiden drehbaren Werkzeugträger gegeneinander
verspannt. Hierzu ist, da sich die beiden drehbaren Werkzeugträger bereits
in Kontakt bzw. engster Zuordnung zueinander befinden, kein nennenswerter
Hub erforderlich. Vielmehr muss die Schließ-Kolben-Zylindereinheit lediglich
einen Hub von 1/10 bis 2/10 mm durchführen.
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Durch
die erfindungsgemäße Ausgestaltung und
die geringen Hub-Wege
kann die gesamte erfindungsgemäße Vorrichtung
klein und platzsparend ausgebildet werden. Infolgedessen ergeben
sich auch geringe Herstellungskosten. Weiterhin ist das erforderliche
Volumen an Hydraulik-Fluid sehr gering, verglichen mit einer konventionellen
Innenhochdruckumformpresse.
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In
besonders günstiger
Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das erste und das zweite
Werkzeug jeweils mit ebenen Kontaktflächen versehen sind. Bedingt
durch die zylindrische Außenkontur
der drehbaren Werkzeugträger
ergibt sich hierdurch eine exakte Passung und Dichtung der Werkzeuge.
Da nur geringfügige
Abplattungen der Kontaktflächen
erforderlich sind, führt
dies nicht zu einer signifikanten Relativbewegung der beiden Werkzeugträger zueinander
beim Schließen
der Werkzeuge.
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Um
einen Innenhochdruckumformvorgang durchzuführen, ist es besonders günstig, dass
seitlich zumindest ein Dichtkopf vorgesehen ist. Insbesondere bei
der Umformung von rohrförmigen
Werkstücken
kann es günstig
sein, beidseitig einen Dichtkopf vorzusehen, um das Umformmedium
einzuleiten. Der Dichtkopf selbst ist bevorzugterweise mit einer
Kolben-Zylinder-Einheit gekoppelt, die zur Verkürzung der Taktzeiten sowie
zur Vereinfachung des Innenhochdruckumformvorganges doppeltwirkend ausgebildet
sein kann.
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Bevorzugterweise
sind die Werkzeugträger in
einem Pressenrahmen gelagert. Dieser kann zumindest zum Teil in
einer mit Umformmedium gefüllten
Wanne angeordnet sein. Hierdurch vereinfacht sich das Befüllen bzw.
Entleeren der Werkstücke.
Zusätzlich
kann es günstig
sein, eine separate Vorrichtung zum Befüllen der jeweiligen Werkstücke vorzusehen.
Dies kann auch dadurch erfolgen, dass beispielsweise röhrenförmige Werkstücke in einem
Winkel angefördert
werden, wodurch die Luft selbsttätig entweicht.
Es ist auch möglich,
diese mit einer Spüleinrichtung
oder Ähnlichem
in Eingriff zu bringen, um vor oder während des Einlegens der Werkstücke in das
jeweilige Werkzeug bereits eine Befüllung mit Umformmedium sicherzustellen.
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Erfindungsgemäß ist weiterhin
günstig,
wenn die Werkstücke
mittels eines Magazins oder einer Werkstückzuführeinrichtung zugeführt und
in die Werkzeuge eingelegt werden bzw. mittels einer Werkstückentnahmevorrichtung
wieder entnommen werden.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung
mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:
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1 eine
Seitenansicht, teils im Schnitt einer erfindungsgemäßen Innenhochdruckumformvorrichtung;
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2 eine
Frontansicht der in 1 gezeigten Vorrichtung; und
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3 eine
vereinfachte Darstellung eines Hydraulikschaltplans.
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Die 1 und 2 zeigen
jeweils einen revolverartigen, zylindrischen ersten Werkzeugträger 1 sowie
einen ebenfalls zylindrischen, revolverartigen zweiten Werkzeugträger 2.
Die beiden Werkzeugträger 1 und 2 umfassen
jeweils erste Werkzeuge 3 bzw. zweite Werkzeuge 4,
welche gleichmäßig an dem Umfang
der beiden Werkzeugträger
verteilt sind. Die Werkzeuge 3 und 4 sind bevorzugterweise
jeweils gleich ausgebildet. Das erste Werkzeug 3 bildet
somit, im Vergleich zu einer herkömmlichen Umformpresse, ein
Oberwerkzeug, während
das zweite Werkzeug 4 ein Unterwerkzeug bildet.
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Die
beiden Werkzeugträger 1 und 2 sind
um zwei zueinander parallele Achsen 5 und 6 schwenkbar
gelagert. Auf die Darstellung des Antriebs wurde der Einfachheit
halber verzichtet.
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Die
Achsen 5 und 6 sind in einem Pressenrahmen 12 gelagert,
welcher als geschlossener Pressenrahmen ausgebildet ist.
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Oberhalb
des ersten Werkzeugträgers 1 ist eine
Schließ-Kolben-Zylindereinheit 7 vorgesehen. Unterhalb
des zweiten Werkzeugträgers 2 ist
an dem Pressenrahmen 12 ein Gegenhalter 17 angeordnet, der
bei einer Druckbeaufschlagung der Schließ-Kolben-Zylindereinheit 7 den zweiten
Werkzeugträger 2 abstützt.
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Der
zweite Werkzeugträger 2 sowie
ein Teil des ersten Werkzeugträgers 1 sind
in einer Wanne 13 angeordnet, welche mit Umformmedium gefüllt ist.
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Wie
insbesondere aus 1 ersichtlich ist, führt eine
taktweise Schaltung (Drehung) der beiden Werkzeugträger 1 und 2 um
jeweils 90° dazu,
dass sich die jeweiligen ersten Werkzeuge 3 und die jeweiligen
zweiten Werkzeuge 4 in der entsprechenden Zuordnung befinden.
Bei der gezeigten Anordnung sind die ersten und zweiten Werkzeuge 3a und 4a jeweils
in Position zueinander und befinden sich in einem geschlossenen
Zustand, so dass der Umformvorgang vorgenommen werden kann. Ein
erstes Werkzeug 3b befindet sich in einem geöffneten
Zustand, während
ein im Einzelnen nicht dargestelltes, umgeformtes Werkstück beispielsweise
aus dem zweiten Werkzeug 4b entnommen werden kann. Das erste
Werkzeug 3c und das zweite Werkzeug 4c befinden
sich jeweils in der obersten bzw. untersten Position. Bei einem
nochmaligen Drehen der Werkzeugträger 1 und 2 würden diese
Werkzeuge in die Position gelangen, in welcher in 1 die
Werkzeuge 3d und 4d gezeigt sind. Das Werkzeug 3d ist
dabei einem Magazin (Werkstückzuführeinrichtung 14)
zugeordnet, mit welchem Werkstücke 16 zugeführt und
in das erste Werkzeug 3d eingelegt werden. Durch eine nochmalige
Drehung gelangt das erste Werkzeug 3d in Position zu dem
zweiten Werkzeug 4d, so dass sich die Zuordnung ergibt,
welche in 1 mit den beiden Werkzeugen 3a und 4a gezeigt
ist.
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2 zeigt
eine Seitenansicht, aus welcher seitliche Dichtköpfe 8 und 9 ersichtlich
sind, denen Kolben-Zylinder-Einheiten 10 bzw. 11 zugeordnet sind.
Auf die Darstellung der Hydraulikleitungen und Ähnlichem wurde der Einfachheit
halber verzichtet. Ebenso verzichtet wurde auf die Darstellung der
Anpress- und Halterungseinrichtungen für die Dichtköpfe 8 und 9.
Es sind lediglich die Kolben-Zylinder-Einheiten 10 und 11 dargestellt.
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Die
Hochdruckseite des Druckübersetzers 18 drückt das
Umformmedium (Öl-Wasser-Emulsion) über die
Dichtköpfe 8, 9 in
das Bauteil (Werkstück 16).
Alles andere ist Hydraulikfluid. Die Pumpe 22 erzeugt einen
so hohen Druck, dass die Dichtköpfe 8 und 9 über die
Tandemzylinder 10, 11 ausreichend angepresst werden,
um zu Beginn des Umformvorganges abzudichten.
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In
dem Maße,
wie sich nun Druck über
die Pumpe 20 aufbaut, drücken die Tandemzylinder auf die
Rohrenden und der Zylinder 7 (Kolben-Zylinder-Einheit 7)
kompensiert die Werkzeugöffnungskraft.
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Die
Durchmesser der Tandemzylinder 10, 11 sind so
bemessen, dass beim gewünschten
Innendruck ein evtl. benötigtes
Stauchen erfolgt. Bei weiterer Druckerhöhung fahren die Dichtköpfe 8, 9 gegen Festanschlag.
Die durch Zylinder 7 erzeugte Schließkraft korrespondiert mit dem
Innendruck, wobei der Zylinderdurchmesser (Kolben-Zylinder-Einheit 7)
so gewählt
ist, dass er die vom Bauteil (Werkstück 16) erzeugte Öffnungskraft
sicher kompensiert.
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Diese
Art der Ansteuerung erlaubt eine Umformung innerhalb weniger Sekunden
und erfordert keine aufwändige
Regeltechnik.
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Alle
erforderlichen Schritte stellen sich automatisch über den
Druckauf- bzw. -abbau ein.
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Nach
erfolgter Umformung schaltet das 4/3-Wegeventil (Mehrwegeventil 19)
in Stellung b, wodurch dekomprimiert wird und parallel die Schließkraft abgebaut
wird sowie die Dichtköpfe
aus dem Bauteil (Werkstück 16)
fahren.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
und Anordnung eignet sich ganz besonders für Bauteile, die in hoher Stückzahl zu
fertigen sind, also kürzeste Taktzeit
erforderlich machen.
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Die
erfindungsgemäße Anlage
ist bevorzugt für
ein Bauteil und einen Parametersatz optimiert.
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Das
oben beschriebene Verfahren zur Steuerung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist Teil der Erfindung.
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Durch
die erfindungsgemäß dargestellte
Anordnung ist weiterhin sichergestellt, dass die Werkstücke keiner
Durchbiegung oder ungewollten Verformung unterliegen, so wie dies
bei konventionellen Innenhochdruckumformpressen der Fall ist.
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Bei
der gezeigten Anordnung wird somit die Taktzeit, welche zur Umformung
des Werkstücks 16 benötigt wird,
im Wesentlichen lediglich durch die reine Umformzeit vorgegeben.
Dies führt
zu einer erheblichen Verkürzung
der Gesamt-Taktzeit, verglichen mit herkömmlichen Innenhochdruckumformpressen.
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Bei
dem gezeigten Ausführungsbeispiel
wird beispielsweise ein Rohr umgeformt, um an diesem Einkerbungen,
Wülste
oder ähnliches
auszubilden.
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Durch
die erfindungsgemäße Ausgestaltung und
insbesondere die Anordnung des ersten und des zweiten Werkzeugträgers in
der Wanne 13 ergeben sich beim Befüllen bzw. Entleeren der Werkstücke ebenfalls
sehr kurze Taktzeiten, es entstehen keine unerwünschten Verwirbelungen. Weiterhin
wird die Befüllung
der Werkstücke
wesentlich erleichtert. Dies kann, wie bereits erwähnt, auch
durch eine Schrägstellung
beispielsweise der gesamten Anordnung erfolgen, so dass die Werkstücke bereits
beim Einlegen mit Umformmedium gefüllt werden.
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- 1
- Erster
Werkzeugträger
- 2
- Zweiter
Werkzeugträger
- 3
- Erstes
Werkzeug
- 4
- Zweites
Werkzeug
- 5
- Achse
- 6
- Achse
- 7
- Schließ-Kolben-Zylindereinheit
- 8
- Dichtkopf
- 9
- Dichtkopf
- 10
- Kolben-Zylinder-Einheit
- 11
- Kolben-Zylinder-Einheit
- 12
- Pressenrahmen
- 13
- Wanne
- 14
- Werkstückzuführeinrichtung
- 15
- Werkstückentnahmevorrichtung
- 16
- Werkstück
- 17
- Gegenhalter
- 18
- Druckübersetzer
- 19
- Mehrwegeventil
- 20
- Hydraulikfluidpumpe
- 21
- Hydraulikfluidspeicher
- 22
- Pumpe
- 23
- Umformmediumspeicher