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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches
1 und ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 12.
Insbesondere bezieht sie sich auf das Hochgeschwindigkeitsumformen
von blechartigen Werkstücken.
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Unter
blechartigem Werkstück
soll im Zusammenhang mit der Erfindung jegliche Blechform, auch
eine geschlossene Hohlform, wie Rohre, verstanden werden. Der Querschnitt
des Rohrs ist unwesentlich – er
kann mehrkantförmig,
rund, oval etc. sein.
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Typische "Quasistatische" Innenhochdruck-Umformverfahren
sind das Innenhochdruckumformen von Rohren (IHU) und das hydromechanische
Tiefziehen bzw. AHU oder HBU (Hochdruck-Blechumformung) von Blechen.
Diese Verfahren müssen
in einem Formwerkzeug hohen Druck innerhalb eines Rohlings aufbauen
und nach dessen Umformung wieder ablassen. Häufig wird beim Rohrumformen
gleichzeitig mit der Druckerhöhung ein
Stauchen des Rohrs in der Form durchgeführt, um Material nachzuführen und
eine unerwünschte Wandausdünnung bei
der Werkstückaufweitung
zu vermeiden. Bei den z. Zt. üblichen
Verfahren, sind große
und sehr aufwendige Pressen mit komplizierten Steuereinheiten erforderlich
und teuren Hydraulikeinheiten zur Erzeugung des notwendigen hohen Drucks.
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Eine
präzise
schnelle und einfache Umformung von Rohren und Blechen, insbesondere
aus Metall, wie Eisen, Aluminium, Magnesium und deren Legierungen,
wie Stahl, Edelstahl etc. ist in Industrien mit hohen Stückzahlen,
wie in der Fahrzeugindustrie, ein lange gehegter Wunsch. Die so
hergestellten hohlen Formteile sollen bei hoher Festigkeit möglichst
leicht sein. Üblicherweise
werden aus beidseitig offenen Ausgangsmaterialien, wie Rohren, durch Umformen
Hohlteile mit variierendem Querschnitt, wie Trägerteile etc. hergestellt.
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Beim
derzeit angewendeten "hydrostatischen
IHU/AHU/HBU" (siehe
oben) sind sehr große Zuhaltekräfte bzw.
Umformkräfte
für die
verwendeten Umformwerkzeuge notwendig, was die Pressen sehr verteuert.
Eine Möglichkeit,
einerseits die Zuhaltekräfte
und damit die Pressenkosten signifikant zu reduzieren und andererseits
die Umform grenzen der Werkstücke
zu erhöhen,
besteht in einer außerordentlichen
Beschleunigung des Umformvorganges. Durch die impulsartige Aufbringung
der Umformkraft können
große
Umformgeschwindigkeiten des Werkstücks, von ca. 50–120 m/s
erzielt werden. Wenn das expandierende Werkstück die Werkzeugwandung erreicht,
ist der Druckimpuls im Übertragungsmedium (Wirkmedium)
schon größtenteils
wieder abgebaut und aufs Werkzeug wirken somit fast nur mehr die Trägheitskräfte der
expandierenden Werkstückmasse.
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Ein
weiterer Vorteil der impulsartigen Aufbringung der Umformkraft auf
ein Werkstück über ein Wirkmedium,
wie z. B. Wasser, liegt in folgendem Effekt:
Der in das Wirkmedium
eingebrachte Kraftimpuls setzt sich im Wirkmedium mit Schallgeschwindigkeit fort,
aber andererseits kann das Fluid nicht so schnell im Spalt zwischen
Werkzeugwandung und Werkstück
entweichen. Es ist somit keine aufwendige Dichtung notwendig.
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Ein
praktikables Verfahren zum Impuls- oder Hochgeschwindigkeitsumformen
von rohrförmigen Werkstücken sowie
von Blechen ist also das Umformen mittels den Impulsübertragenden
Wirkmedien, welche wiederum das umzuformende Werkstück beschleunigen.
Die Kombination einerseits von starren Werkzeugen und kraftgebunden
Wirkmedien, z. B. Fluiden, wie Wasser oder Gas oder auch plastischen Materialien,
wie Gummi, sowie einem Kraftimpuls andererseits bewirkt die Umformung.
Das Wirkmedium wird bspw. in das Innere des umzuformenden hohlen Werkstücks, bspw.
eines Rohrabschnitts verbracht, während dieses sich in einem
Formwerkzeug befindet. Ist das Werkstück ein Blech, so wird das Wirkmedium
in taschenförmige
Ausnehmungen im Werkzeug, welche dort vorhanden sind, wo die Umformungen
stattfinden sollen, eingebracht. In diesem Fall ist eine Kombination
von einem Tiefziehhub, welcher dann am unteren Totpunkt verharrt,
mit einer nachfolgenden partiellen "Wirkmediumsgestützten" Weiterformung des Blechwerkstücks möglich. Durch
einen möglichst
schnellen Kraftimpuls auf dem Wirkmedium, welches diesen auf die
Werkstückwandung
weitergibt, wird das Werkstück
beschleunigt. Im Wirkmedium setzt sich der Impuls mit Schallgeschwindigkeit fort
(die Schallgeschwindigkeit ist z. B. in Wasser ca. 1.450 m/s). Das
Wirkmedium (Übertragungsmedium) gibt
den Impuls an das Werkstück
weiter, wodurch die Werkstückwandungen
auf die umgebende Formgravur prallen und die Form der Gravur annehmen. Dies
geschieht zu einem Zeitpunkt, wo der Kraftimpuls im Wirkmedium (Übertragungsmedium)
schon größtenteils
wieder abgeebbt ist und somit fast nur mehr die Massenkräfte der
expandierenden Werkzeugwandungen auf das Formwerkzeug wirken.
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Schnelle
Kraftimpulse (Druckimpulse) können
mittels eines "Impulsgenerators" mechanisch, elektromagnetisch,
chemisch oder thermisch erzeugt werden.
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Impulserzeugung (Impulsgenerator):
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Mechanisch
kann der Impuls beispielsweise durch das abrupte Abbremsen von Fallgewichten oder
rotierenden Massen erfolgen.
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Außerdem kann
ein mit einem entsprechend hohen Druck vorgespanntes Gas, welches
durch ein extrem schnell öffnendes
Ventil entweder direkt auf das Werkstück wirkt, oder über den
Umweg eines (flüssiges)
Wirkmediums, welches den Kraftimpuls auf das Werkstück bringt,
als Impulserzeuger eingesetzt werden. Sehr praktikabel ist hier
auch die Verwendung eines "Impulsübertragungskolbens" zwischen Impulsgenerator
und Übertragungsmedium.
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Chemisch
können
Kraftimpulse vor allem durch Detonationen gasabspaltender Substanzen freigesetzt
werden.
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Eine
sehr praktikable Verfahrensvariante für alle "wirkmediumsgestützten Impulsumformverfahren" stellt dabei die
Verwendung des schon vorhin erwähnten "Impulsübertragungskolbens" dar, welcher an
seinem "Dichtende" auf das Impulsübertragungsmedium
wirkt.
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Das
gegenüberliegende "Betätigungsende" kann in seinem Durchmesser,
oder vielmehr seiner Fläche
dem benötigten
Kraftbedarf angepasst werden und ist somit meist wesentlich größer als
das "Dichtende".
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Somit
ist es auch möglich,
relativ ungefährliche
niederenergetische Explosionsstoffe wie z. B. Kohlenwasserstoff-Luftgemische
(z. B. Benzin-Luftgemische) oder Ähnliches erfolgreich zur Umformung
einzusetzen.
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Die
Umformkraft kann bei Verwending eines solchen Stufenkolbens (Impulsübertragungskolben) also
fast beliebig angepasst weden.
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Die
Verbrennungsgeschwindigkeit und damit die Geschwindigkeit der Druckwelle
ist hingegen bei den erwähnten
niederenergetischen Explosivstoffen eher gering (um 1 m/sec).
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Ein
probates Mittel um höhere
Druckwellengeschwindigkeiten zu erreichen ist, künstlich eine sogenannte" klopfende" Verbrennung herbeizuführen, also
das, was man bei Verbrennungskraftmotoren tunlichst vermeidet, um
den Motor nicht zu beschädigen.
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Für Umformaufgaben
ist diese Art der Verbrennung trotzdem unkritisch, da es keine Lager
gibt und es täglich
ja nur einige tausend Zündungen
gibt, was bei einem KFZ-Motor minütlich stattfindet.
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Die
bei einer derartigen „klopfenden" Verbrennung auftretenden
Druckwellengeschwindigkeiten bewegen sich bei Benzin-Luftgemischen
um die 1500 m/sec, was den erzeugbaren Impuls für Umformaufgaben äußerst attraktiv
macht. Im „normalen" Verbrennungsbereich
mit dem gleichen Gemisch arbeitende Motoren haben eine Druckwellengeschwindigkeit
von höchstens
etwa 2 m/sec.
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Der
Einsatz von hochenergetischen Wasserstoff-Sauerstoffgemischen oder
festen Sprengstoffen ist dagegen teurer und sicherheitstechnisch
aufwendiger.
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Ein
Problem bei hochenergetischen gasförmigen Explosivstoffen liegt
in der Abdichtung vor allem der Gaszuführung und der Zündeinrichtung,
da die Detonationsdrücke
kurzzeitig so hoch sind, dass herkömmliche Dichtungen versagen
und herkömmliche
Zündeinrichtungen,
wie z. B. Zündkerzen
oder Ähnliches
zerstört
werden.
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Ein
Weg, dies zu verhindern, kann darin liegen darin, dass man diesen
empfindlichen Bereichen ein Labyrinth aus feinen Bohrungen und/oder
Zwischenräumen
als Druckreduzierer vorschaltet. In diesem Labyrinth wird durch
vielfache Reflexion der Detonationsdruck derartig abgebaut, dass
die empfindlichen Bereiche geschützt
werden.
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Um
bei Verwendung hochenergetischer Gase die Belastung der Zündeinrichtung
unmittelbar nach der Zündung
weiter zu verringern ist es auch möglich, den Raum um die Zündeinrichtung
und das Labyrinth vor der Zündung
mit einem niedrigenergetischen Gas zu spülen.
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Nach
der Zündung
sind in diesem Bereich die Explosionsdrücke entsprechend geringer und
daher verträglich
für die
Zündeinrichtung.
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Die
Flammenfront passiert dann das Labyrinth und zündet das hochenergetische Gas
auf der anderen Seite des Labyrinths.
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Der
bei der Detonation des hochenergetischen Gases auftretende sehr
hohe Druck wird im Labyrinth weitgehend abgebaut, wodurch die Zündeinrichtung
keinen Schaden nimmt. Das gleiche Prinzip kann natürlich für die Zündung und „klopfende" Verbrennung niederenergetischer
Explosivstoffe wie vorhin beschrieben angewendet werden.
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Thermisch
kann durch schlagartiges Verdampfen von Wirkmedium durch Einbringung
thermischer Energie ein entsprechender Kraftimpuls erzeugt werden.
Die schnelle Einbringung der zur Verdampfung notwendigen Energie
kann bspw. durch elektrische Entladung oder Laser erfolgen.
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Mit
relativ geringem Aufwand sind mechanische Verfahren vor allem mit
Fallgewichten, oder auch unter Druck befindliches Gas, welches zum
Beispiel durch schlagartiges Öffnen
eines Ventils entweder direkt, oder über ein flüssiges Wirkmedium einen Kraftimpuls
auf das Werkstück
angibt, umsetzbar.
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Ein
weiterer Versuch der Aufwandsreduktion ist das elektromagnetische
Umformen unter Verwendung eines "Impulsübertragungskolbens" und eines flüssigen "Impulsübertragungsmediums" (Wirkmediums).
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, das Umformen von blechartigen Werkstücken zu
verbessern und Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden.
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Die
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren
gemäß Anspruch 12
gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Zur
besseren Unterscheidbarkeit von bereits bekannten Verfahren sprechen
wir hier vom sogenannten Umformen mit Elektromagnetischer Impulserzeugung
beziehungsweise bei den wichtigsten vorgenannten Verfahrensvarianten
vom "wirkmediumsgestützten Umformen
mit pneumatischer Impulserzeugung", oder vom "wirkmediumsgestützten Umformen mit Impulserzeugung
durch Explosivstoffe",
wobei im Falle der Verwendung von gasförmigen Explosivstoffen zum
Schutz der Dichtungen und Zündeinrichtungen
Labyrinthe und geschichtete Gasmischungen eingesetzt werden können, und
zur Erhöhung
der Geschwindigkeit der Druckwelle „Klopfen" provoziert werden kann.
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Allgemein
besitzt eine erfindungsgemässe Vorrichtung
zum Umformen von Rohren und Blechen:
eine hydraulische Presse
mit einer entsprechenden Impulserzeugungsanlage, welche entweder
direkt, oder über
einen "Impulsübertragungskolben" auf ein "Impulsübertragungsmedium" wirkt. Dieses Wirkmedium überträgt den Impuls
aufs Werkstück,
welches beschleunigt und gegen die gegenüberliegende Werkzeugwandung
geschleudert wird. Im Falle der Verfahrensvariante "Wirkmediumsgestütztes Umformen
mit Elektromagnetischer Impulserzeugung" ist eine elektromagnetischen Einheit
zur Erzeugung eines Magnetfeldes, das eine in Richtung des "Impulsübertragungskolbens" wirkende Kraft erzeugen
kann, notwendig. Die elektromagnetische Einheit weist typischerweise
einen oder mehrere Kondensatoren und eine Spule auf, welche beim
Entladen der Kondensatoren in das knapp an der Spule liegende sogenannten
Betätigungsende
des "Impulsübertragungskolbens" (Presstempels) einen
entgegengesetzt gerichteten Strom induziert. So wird nach Lorentz
ein magnetischer Druck ("Maxwellscher
Druck") auf das Betätigungsende
des Pressstempels ausgeübt.
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Der
axial bewegliche Press-Stempel ("Impulsübertragungskolben") hat also einerseits
ein Betätigungsende,
auf welches das durch die Spule erzeugte magnetische Feld einwirkt
und er hat außerdem
ein Dichtende, welches sowohl das Werkstück gegen Austreten des Wirkmediums
abdichtet als auch die Umformkraft auf das Wirkmedium überträgt.
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Das
Betätigungsende
des Pressstempels ("Impulsübertragungskolben") kann vorzugsweise aus
einem sehr gut leitenden Material bestehen, da die Größe der von
der Spule aus induzierten Elektromagnetischen Kraft ("Maxwellscher Druck") sehr von der Leitfä higkeit
des Teiles abhängt,
welches vom Strom durchflossen wird, der von der Spule induziert wird.
Das Betätigungsende
des Pressstempels ist also vorzugsweise eine Platte aus sehr gut
leitendem Werkstoff, welche auf den Rest des Betätigungsendes, welches aus sehr
festem Werkstoff bestehen muss, um die Kraft auf das Wirkmedium
zu übertragen,
aufgebracht ist. Dazwischen kann eine elektrisch isolierende Schicht
sein.
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Der
Pressstempel ("Impulsübertragungskolben") soll so dimensioniert
sein, dass der Durchmesser des Betätigungsendes dem Spulendurchmesser angepasst
ist, während
das Dichtende dem Innendurchmesser des Werkstücks, oder im Fall von blechförmiggen
Werkstücken,
dem Querschnitt der wirkmedienleitenden Ausnehmungen (Taschen) im Tiefziehwekzeug
entspricht.
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Schließlich ist
bei Rohren eine Halteeinrichtung für mindestens ein Werkstückende vorgesehen, damit
kein unkontrolliertes Nachrutschen des Werkstücks beim Formen erfolgen kann.
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Die
Vorrichtung weist ein geteiltes Werkzeug für Innenhochdruckumformen, in
das der Press-Stempel durch die elektromagnetische Einheit unter
Umformen eines darin befindlichen Werkstücks einfahrbar ist, auf.
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Bei
der "Wirkmediumsgestützten Blechumformung" sind im Tiefziehwerkzeug
entsprechende Taschen und Kanäle,
durch welche das Wirkmedium zugeführt wird, beziehungsweise über welche
es auf das Werkstück
wirkt, vorgesehen.
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Dadurch,
dass die bisherige aufwendige hydraulische Druckerzeugungseinheit
nun durch eine baulich erheblich kleinere und einfachere Impulserzeugungseinheit
("Impulsgenerator") ersetzt wird, kann
eine erhebliche Reduktion des Maschinenaufwands erzielt werden.
Da außerdem,
wie eben erläutert,
verfahrensbedingt wesentlich geringere Kräfte auf das Werkzeug wirken,
kann man mit viel geringeren Pressenzuhaltekräften auskommen, was den Maschinenaufwand
nochmals drastisch reduziert.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zum "Wirkmediumsgestützten Umformen" weist das Werkzeug
bewegliche Werkzeugteile auf. Diese Werkzeugteile sind rückziehbar
oder aber gesteuert in das Werkstück ein fahrbar. Falls diese
Werkzeugteile rückziehbar sind,
kann nach Rückfahren
derselben beim gleichen Hub wie dem Umformhub oder durch einen weiteren Hub
des Pressenstempels ein Ausbauchen des Werkstücks an den unabgestützten Werkzeugbereichen,
aus denen die Werkzeugstempel zurückgefahren wurden erfolgen.
Dieses Ausbauchen kann bis zum Bersten oder Reissen des Materials
durchgeführt
werden, wodurch zumindest Erhebungen, bevorzugt aber Öffnungen
und Löcher
im Werkstück
in einfacher Weise ohne aufwendige weitere Verfahrensschritte gleichzeitig
mit dem Umformen oder jedenfalls mittels eines weiteren Impulses
im selben Werkzeug hergestellt werden, ohne das Werkstück dazwischen
zu bewegen. In gleicher Weise können die
Werkstückenden
beschnitten werden.
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So
kann das Werkstück
auch in der erfindungsgemäßen Vorrichtung
gelocht und/oder die Werkstückenden
beschnitten werden. Durch Rückziehen
beweglicher Werkzeugteile beispielsweise im Endbereich des Rohrs
kann ein unabgestützter Werkstückbereich
zwischen Halteeinrichtung und Werkzeugwand geschaffen werden. Beim
Ausführen eines
Hubs des Pressenstempels unter Ausbauchen des unabgestützten Werkstückbereichs
an den von den zurückgefahrenen
Werkzeugstempeln freigesetzten Hohlräumen wird mindestens eine geschwächte Erhebung
im Werkstück
ausgebildet, die in einem nachfolgenden Schritt abgetrennt werden kann,
bevorzugt erfolgt dies aber bis zum Reissen des Werkstückmaterials
unter Abscheren eines Werkstückbereichs.
Dadurch kann z. B. das bisher beim Quasistatischen Innenhochdruckumformen
notwendige aufwenige Abschneiden der Werkstückenden, die eine zum Abdichten
in der Presse günstige Form
(z. B. Konus) haben, was bisher aufwendig in einer weiteren Anlage
durchgeführt
werden musste, in einfacher Form in der gleichen Anlage wie das
Umformen selbst ohne neue Werkzeuge erzielt werden.
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Durch
diese Ausgestaltung der Werkzeuge der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist somit eine erhebliche Verfahrensvereinfachung möglich.
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Bevorzugt
weist die Vorrichtung mindestens eine Rohrendennachführeinrichtung
auf, welche beim Aufbringen von Innenhochdruck Material in Richtung
der Rohrachsen nachführt,
wodurch Materialschwächungen
ausgeglichen werden können.
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Es
ist häufig
günstig,
wenn die Impulserzeugungseinheit, insbesondere die elektrische Einheit getrennt
vom hydraulischen Teil in der Vorrichtung modulartig vorgesehen
ist, um diese ggf. leicht ersetzen zu können.
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Ein
erfindungsgemäßer Verfahrensablauf des "Wirkmediumsgestützten Umformens" mit Werkzeugen weist
folgende Merkmale auf:
- • Einbringen eines umzuformenden
Werkstücks
in ein Werkzeug; Schließen
des Werkzeugs. Bei Rohren: Halten mindestens eines Werkstückendes
- • Befüllen des
Rohres, oder bei Blechen Befüllen der
entsprechenden Ausnehmungen (Taschen) des Werkzeugs mit Wirkmedium
- • Impulsartiger
Aufbau von Pressdruck, welcher durch einen "Impulsgenerator" entweder machanisch, chemisch, thermisch
oder elektrisch erzeugt wird und entweder direkt, oder über einen "Impulsübertragungskolben
auf ein "Übertragungsmedium" (Wirkmedium) wirkt.
- • Beschleunigen
des Werkstücks
durch das Impuls-Übertragungsmedium
(Wirkmedium), wobei sich das Werkstück an die gegenüberliegende Werkzeugwandung
anlegt und sich somit ausformt.
- • Entnehmen
des umgeformten Werkstücks.
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Erfindungsgemäß können nicht
nur die drei vorher näher
beschriebenen Verfahren zur Impulserzeugung verwendet werden (elektromagnetische, bzw.
pneumatische, bzw. durch Explosivstoffe), sondern auch die andere
chemische, thermische und andere mechanische Verfahren, wie bereits
erläutert.
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Es
kann zur Vermeidung von Materialschwächungen im Formteil (Rohr),
was besonders bei hohen Umformgraden notwendig sein sollte, ein
Nachführen
von Werkstückenden
mittels einer Nachführeinrichtung
während
des Innnenhochdruckaufbaus erfolgen.
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Erfindungsgemäß ist es
auch möglich,
normaltemperiertes oder vorgewärmtes-Material
mit warmem Fluid umzuformen, wobei dann auch entsprechend wärmeresistente
oder wärmeisolierende Anlagenteile,
beispielsweise isolierende Werkzeuge oder Werkzeugteile, vorgesehen
werden können.
Typischerweise eignet sich dies für Metalle, die bereits bei
relativ niedrigerer Temperatur eine signifikante Verbesserung ihres
Umformver haltens zeigen, wie Aluminium- oder Magnesiumlegierungen.
Verwendet man dabei vorgewärmte
Werkstücke,
ist dabei Abkühlung
des Werkstücks
vor dem Umformen zu vermeiden – dies
kann durch isolierende Werkzeugoberfächen erzielt werden. Alternativ
kann gewärmtes Werkzeug
verwendet werden, beziehungsweise können im Werkzeug eine oder
mehrere Erwärmungseinrichtungen
vorgesehen werden, welche das bereits im Umforwerkzeug liegende
Werkstück
völlig, oder
partiell erwärmen.
Beim Warmumformen von härtbaren
Materialien kann es günstig
sein, nach dem Warmumformen kaltes Fluid schnell zum Härten des
Formteils einzubringen.
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Bei
einer typischen Ausführungsvariante
der Erfindung, die im Kalten arbeitet, ist das Umformfluid im wesentlichen
Wasser. Bei erhöhten
Temperaturen können
bspw. temperaturfeste Öle,
wie dem Fachmann bekannt, verwendet werden. Aber auch unter hohem
Druck stehendes Wasser kann auf mehrere 100°C erwärmt werden und ist daher zum
Warmumformen einsetzbar.
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Es
kann aber auch vorgesehen sein, insbesondere beim Warmumformen oder
falls das Werkstückmaterial
mit Flüssigkeiten,
wie Wasser, unerwünschte
Reaktionen eingeht oder aber erst bei Temperaturen umformbar ist,
bei denen keine geeignete Flüssigkeit
verfügbar
ist, dass das Umformfluid gasförmig
ist.
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Speziell
bei Blechen ist oft folgende Verfahrenskombination vorteilhaft:
Zuerst konventionell Tiefziehen im kalten Zustand. Während der
Preßstempel
am unteren Totpunkt verweilt partielles Erwärmen schwieriger Umformzonen
durch Erwärmungseinrichtungen
im Werkzeug und/oder durch das heiße Wirkmedium. Dann Ausformen
mittels eines Druckimpulses.
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Eine
weitere Verfahrensvariante kann das partielle Erwärmen und
damit Erweichen kritischer Umformzonen entweder des Einsatzteils
(Blechzuschnitt oder Rohrabschnitt), oder des bereits vorumgeformten
Blechvorzugs oder innenhochdruckvorgeformten Rohres außerhalb
der Umformpresse darstellen.
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Die
partielle Erwärmung
kann in einer einfachen Vorrichtung erfolgen, welche den Vorzug
einerseits in Form hält
und andererseits örtliche
Erwärmungseinrichtungen
enthält,
wie z. B. Induktionsschleifen, oder Heizelemente, welche die Wärme mit oder
ohne Kontakt mit dem Bauteil auf dieses übertragen. Die an die Erwärmungszonen
anschließenden
Bauteilregionen müssen
dabei gekühlt
werden.
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Das
so vorbehandelte Vorformteil (Vorzug) kann dann in einem weiteren
Umformprozeß wie
vorher beschrieben im wieder erkalteten Zustand fertiggeformt werden,
da die vorbehandelten Zonen durch die Wärmebehandlung eine Gefügeveränderung
erfahren haben, welche das Umformvermögen steigern.
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Nachfolgend
wird eine bevorzugte Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
und des Verfahrens anhand von Ausführungsbeispielen, auf welche
die Erfindung keineswegs eingeschränkt ist, näher erläutert. Dabei zeigt:
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1 links
eine Umformvorrichtung mit eingelegtem Rohr vor dem Umformen mit
einer elektromagnetischen Einrichtung gemäss einer ersten Ausführungsform
der Erfindung und rechts eine weitere Umformvorrichtung mit eingelegtem
Rohr vor dem Umformen mit einer chemischen Einrichtung zum Druckaufbau
(z. B. Kolbenmotor).
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2 links
die Umformvorrichtung der 1 links
am Ende des Umformhubs des Kolbens und rechts die Umformvorrichtung
der 1 rechts am Ende des Umformhubs des Kolbens.
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3 eine
weitere Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Umformvorrichtung
mit Locheinrichtung – rechts
im Ausgangszustand mit unumgeformtem Rohr und links nach einem ersten
Umformhub des Kolbens;
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4 links
die Ausführungsform
der 3 rechts nach dem Anheben des Kolbens für den Loch/Beschneide-Hub
und rechts beim Lochen durch Absenken des Kolbens im Werkzeug
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In 1 links
ist schematisch eine Vorrichtung ohne Rohrendennachführung dargestellt.
Sie weist eine geteilte Form 12 auf, in die ein Rohr 10 eingelegt
ist. Die Rohrenden 13 sind zwischen einem Formende und
einer Halte- und Dichteinrichtung 14 eingeklemmt. In der
Dichtvorrichtung verläuft
eine zentrale Bohrung zur abgedichteten Bewegung des Pressstempels 20 in
derselben. Auf das Betätigungsende 21 des
Pressstempels 20 wir ken in an sich bekannter Weise durch
eine elektrische Spule 30 Abstoßungs und – zur Entnahme und zur Neubeschickung
des Werkzeugs – eine
Anziehungskraft auf den Pressenstempel. Bei entsprechender Aufladung der
Spule – bspw.
durch Kondensatoren oder dergleichen – kann eine gesteuerte Bewegung
des Pressstempels 20 über
schnelle Abstoßung
des Betätigungsendes 21 durch
geeignete Stromrichtung in der Spule initiiert werden, die sowohl
hinsichtlich ihres Geschwindigkeitsverlaufs als auch hinsichtlich
eines Zusammenwirkens mit anderen Vorrichtungsteilen, wie bspw.
einer (hier nicht dargestellten) Rohrendennachführung oder aber einer Schneidvorrichtung
geregelt werden kann. Sowohl die Vorschubgeschwindigkeit des Pressstempels 20 als
auch die durch ihn ausgeübte
Kraft kann so in vorteilhafter Weise zu einer optimalen Umformung
genutzt werden.
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In 1 links
befindet sich das Pressstempel-Betätigungsende 21 an
einer elektromagnetischen Einheit 30.
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In 1 rechts
ist eine 1 links entsprechende Vorrichtung
dargestellt, wobei zum Druckaufbau Fluid eingesetzt wird, das bspw.
durch einen Kolbenmotor (Variante links) oder ein Fallgewicht als Beispiel
eines chemischen und mechanischen Impulsgebers den Umformimpuls
erzeugt.
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In 2 ist
der Abschluss eines Umformhubs des Pressstempels 20 in
der in 1 schematisch gezeigten Vorrichtungen dargestellt.
Der Pressstempel 20 liegt nun mit seinem Betätigungsende 21 auf,
das Rohr ist ein Formteil 10' und
liegt an der Formgravur 12 innen an und wird durch eine
Halte- und Dichteinrichtung 14 gehalten.
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Deutlich
sieht man, dass in 2 links das Umformfluid durch
die Dichteinheit 14 innerhalb des Rohrs bzw. der Form und
des Druckendes 22 des Press-Stempels 20 gehalten
wird. Durch Trennung der elektromagnetischen Einheit 30 von
der Fluidstaucheinheit können
Probleme, die durch Kontakt zwischen Fluid und Elektrizität auftreten,
wie erhöhter
Isolationsaufwand etc. vermieden werden. Die elektromagnetische
Einheit, die hier schematisch als Spule 30 dargestellt
ist, kann unabhängig
von allen anderen Vorrichtungsbestandteilen betrieben werden. Es
ist so auch eine einfache Wartung oder Austausch dieser elektromagnetischen
Einheit 30 möglich.
In der 2 rechts ist die Ausführungsvariante der 1 rechts
ebenfalls am Ende des Umformhubes dargestellt.
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In 3 ist
eine Ausführungsform
der Erfindung mit einer Locheinrichtung dargestellt. Detaillierter
als in den schematischen 1 und 2 ist rechts
dargestellt, dass Fluid über
die Fluidzuführung 15 in
das von einer Halte- und Dichteinrichtung 14 dicht eingeklemmte
Rohr 10 eingefüllt
ist und ein Umformkolben 20 sich an der elektromagnetischen
Spule befindet. Die durch Abstossung durch die elektromagnetische
Einheit hervorgerufene Bewegung des Pressenstempels 20 in
Pfeilrichtung führt
im Werkzeug 12 zu einem Ausbauchen des Werkstücks 10 entsprechend
der Formgravur, wie in 3 links gezeigt. An den Werkzeugstempeln 13 zum
Lochen/Beschneiden wird das Werkstück ebenfalls abgestützt, so
dass das Werkstück
ohne Öffnungen
umgeformt wird.
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In 4 ist
detailliert das Lochen/Beschneiden eines bereits umgeformten Werkstücks, wie
es aus dem Verfahrensschritten der 3 erhalten
wird, dargestellt. Deutlich erkennt man das in einer Halteeinrichtung 14 der
Presse befestigte Rohrende, wobei hier der Stempel 20 links
im Loch/Beschneidehub angehoben ist und in 4 rechts
Druck auf das bereits umgeformte Werkstück 10' aufbringt und so das aufgrund
der Umformung im Werkzeug 12 gehalterte Werkstück in unabgestützten Bereichen
des Werkzeugs locht, wobei die Formteile zurückgefahren sind, um eine partielle
schnelle Ausbauchung des Materials zu ermöglichen.
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So
kann das bisher aufwendig in einer weiteren Loch-Anlage durchgeführte Lochen
von Innenhochdruck umgeformten Werkstücke vermieden und eine erhebliche
Aufwandsreduktion erzielt werden.
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Die
Erfindung wurde anhand verschiedener Ausführungsformen beschrieben, soll
aber keineswegs auf diese Ausführungsformen
eingeschränkt sein.
Eher sind diese Ausführungsformen
nur exemplarische Ausführungsformen.
Abwandlungen der obigen exemplarischen Ausführungsformen sind Fachleuten
und anderen ohne Abweichung vom Schutzbereich der Erfindung offensichtlich.
Der Schutzumfang der Erfindung wird ausschliesslich durch die Ansprüche, wie
sie durch die Beschreibung erläutert
werden, definiert.
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- 10
- rohrartiges
Werkstück
- 10'
- Formteil
- 12
- Form
- 13
- bewegliche
Formteile
- 14
- Halte-
und Abdichteinheit
- 20
- Press-Stempel
- 21
- Betätigungsende
von 20
- 22
- Druckende
von 20
- 30
- Elektromagnetische
Einheit
- 32
- Spule
- 40
- Umformfluid