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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Warmumformen und/oder Presshärten hohlkörperförmiger Werkstücke.
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Es ist bekannt, für das Presshärten hohlkörperförmiger Werkstücke, insbesondere Blechformteilen, die Werkstücke vor dem Presshärten mit Sand oder einem anderen wärmebeständigen Füllstoff zu füllen und die seitlichen Öffnungen der Werkstücke zu verschließen. Nach dem Presshärten werden die gehärteten Werkstücke geöffnet, der Füllstoff entfernt und die Werkstücke gesäubert. Diese Arbeitsschritte sind zeitintensiv und die erzielbaren Toleranzen sind hoch.
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Außerdem ist bekannt, die Werkstücke während des Presshärtens mit einem flüssigen oder gasförmigem Medium zu durchspülen und von außen über die Pressform zu kühlen und zu halten. Auf diese Weise ist kein Kalibrieren und keine formschlüssige Fixierung des Werkstücks möglich, was die Genauigkeit des Werkstücks negativ beeinflusst.
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Ferner ist bekannt, dass die hohlkörperförmigen Werkstücke, zum Beispiel Rohre fertig geformt und pressgehärtet werden, wobei die Rohre im Werkzeug von außen fertig geformt und pressgehärtet werden. Die Werkstücke stehen jedoch nur an ihrer Außenseite mit dem Werkzeug in Wärmeleitungskontakt. Hierbei sind die Rohre oder Hohlkörper nur an der Außenseite mit der Vorrichtung in Kontakt. Wegen der Herstellungstoleranzen von Werkzeug und/oder Werkstück ist der Wärmeleitungskontakt nicht konstant, so dass keine durchgängig gleiche Festigkeit und Härte im Werkstück ausbildbar ist. Auch bei diesem Verfahren ist ein Kalibrieren des Werkstücks nicht möglich.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Vorrichtung zum Warmumformen und/oder Presshärten hohlkörperförmiger Werkstücke anzugeben, die die genannten Nachteile vermeidet.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit dem Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Es wird eine Warmumformvorrichtung zum Warmumformen und/oder Presshärten eines als Hohlkörper ausgebildeten Werkstücks aus Stahl, vorgeschlagen, umfassend ein Umform- und/oder Press-Werkzeug mit einem Werkzeugoberteil und einem Werkzeugoberteil, wobei vorgesehen ist,
dass die Vorrichtung weiter einen Formkörper umfasst, der zur Positionierung in dem Werkstück vor dem Warmumformen und/oder Presshärten in den Innenraum des in dem Umform- und/oder Press-Werkzeugs anzuordnenden Werkstücks einführbar ist, und
dass der Formkörper so ausgebildet ist, dass die Außenwandung des im Werkstück positionierten Formkörpers an der Innenwandung des Werkstücks bei geschlossenem Umform- und/oder Press-Werkzeug unter Ausbildung eines Anpressdrucks vollflächig oder nahezu vollflächig anliegt.
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Durch die Wahl eines geometrisch definierten Formkörpers anstelle eines in das als Hohlkörper ausgebildete Werkstück eingefüllten Füllstoffs können nun engere Toleranzen eingehalten werden, die Formgenauigkeit des Werkstücks erhöht werden, und es kann ein gleichmäßiger und vollflächiger Wärmekontakt ausgebildet werden, der für die Qualität des Presshärtens vorteilhaft ist.
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Die folgenden Unteransprüche beschreiben die Ausbildung des Formkörpers im Einzelnen, der je nach Ausbildung des Werkstücks unterschiedlich ausgebildet sein kann.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Formkörper als ein einstückiger Formkörper ausgebildet ist. Der Formkörper ist für rohrförmige und/oder hohlkegelförmige Werkstücke einsetzbar. Der Formkörper kann beispielsweise als zylinderförmiger oder kegelförmiger Kalibrierdorn ausgebildet sein.
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Für Werkstücke mit einem im Mittenabschnitt abnehmenden Querschnitt kann vorgesehen sein, dass der Formkörper aus zwei Formkörperelementen ausgebildet ist. Die beiden Formkörperelemente können von beiden Seiten des Werkstücks in das Werkstück einführbar sein, wobei die einander zugewandten Stirnflächen der beiden Formkörperelemente nach dem Einführen in das Werkstück aufeinander liegen können. Der Querschnitt der Formkörper kann rund, insbesondere kreisförmig, rechteckig oder polygonal sein.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Querschnitt des Formkörpers ausgehend von den äußeren Stirnseiten abnimmt und die Trennebene des Formkörpers durch den kleinsten Querschnitt des Formkörpers gelegt ist. Bei den Formkörpern kann es sich vorzugsweise um Kegelstümpfe oder Pyramidenstümpfe handeln, also geometrische Körper mit kongruenten Querschnitten, deren Querschnittsfläche zur inneren Stirnseite kontinuierlich abnimmt. Es kann sich aber auch um geometrische Körper mit kongruenten Querschnitten und konstanter Querschnittsfläche handeln, wie Zylindern oder Prismen.
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Die Formkörperelemente können unter einem stumpfen Winkel angeordnet sein und die Trennebene des Formkörpers kann durch den Scheitel des Winkels gelegt sein. Die Formkörperelemente können wie vorstehend beschrieben ausgebildet sein.
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Für Werkstücke mit gegenüber der Mittelachse versetzten und/oder verdrehten Abschnitten kann vorgesehen sein, dass der Formkörper Formkörperelemente aufweist, die auf einem Formkörperträger angeordnet sind.
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Der Formkörperträger kann als ein biegbarer Träger, vorzugsweise als ein biegeschlaffer Träger ausgebildet sein.
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Es kann in bevorzugten Ausführungen vorgesehen sein, dass der Formkörperträger als ein Seil oder eine Kette ausgebildet ist. Durch die Ausbildung des Formkörperträgers als ein insbesondere biegeschlaffer Träger sind die auf dem Formkörperträger angeordneten Formkörperelemente innerhalb des Werkstücks auch in dem gegenüber der Mittelachse versetzten Abschnitt anordenbar, denn der biegeschlaffe Träger ermöglicht den dabei auftretenden Mittenversatz.
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Für Werkstücke, die einen Zahnstangenabschnitt oder dergleichen Formabschnitt aufweisen, kann vorgesehen sein, dass der Formkörper aus einem aktiven Spreizkeil und einem treibenden Spreizkeil ausgebildet ist, wobei die aufeinanderliegenden Keilflächen eine Trennebene des Formkörpers bilden, die mit der Längsachse des Formkörpers einen spitzen Winkel einschließt und wobei der aktive Spreizkeil unter einem umzuformenden oder einem vorgeformten Bereich des Werkstücks angeordnet ist.
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Der der Keilfläche abgewandte Oberflächenabschnitt des aktiven Spreizkeils kann zumindest abschnittsweise eine Formkontur aufweisen. Der aktive Spreizkeil ist also zumindest abschnittsweise als ein drittes Werkzeug ausgebildet, das beispielsweise bei rohrförmigen Werkstücken aus Blech die Innenkontur des beispielsweise Zahnstangenabschnitts ausformt.
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Für Werkstücke mit einem hervorspringenden Abschnitt, vorzugsweise für Werkstücke aus Blech, kann vorgesehen sein, dass der Formkörper Aufnahmen für einen parallel zur Längsachse des Formkörpers bewegbaren Schieber und einen senkrecht zu dem Schieber angeordneten Schieberstempel aufweist, wobei der Schieber und der Schieberstempel ein Keilgetriebe bilden. Der Schieber und der Schieberstempel weisen einander zugewandte miteinander zusammenwirkende Keilflächen auf. Vorzugsweise weisen die beiden Keilflächen einen Keilwinkel von 45° auf. Andere Ausführungen sind möglich, wobei die Summe der Keilwinkel dem Neigungswinkel zwischen dem Schieber und dem Schieberstempel entspricht. Dieser Neigungswinkel ist bevorzugt 90°. Beim Einschieben des Formkörpers in das Werkstück wird der Schieberstempel unter dem den hervorspringenden Abschnitt ausbildenden Bereich des oberen Werkzeugs positioniert. Wenn der Schieber bei fixiertem Formkörper auf den Schieberstempel zu bewegt wird, gleitet die Keilfläche des Schieberstempels auf der Keilfläche des Schiebers nach oben und bildet ein drittes Werkzeug.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung kann vorgesehen sein, dass der Formkörper eine Spreizhülse und einen in der Spreizhülse angeordneten Spreizkegel umfasst.
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Die Spreizhülse kann als ein bis auf einen Endabschnitt kreuzgeschlitzter Zylinder mit einem konischen Innenloch ausgebildet sein, in das der Spreizkegel einführbar ist. Durch die Kombination von Spreizhülse und Spreizkegel kann der Formkörper in einem gewissen Bereich an unterschiedliche Innendurchmesser des Werkstücks angepasst werden. Mindestens ein Endabschnitt des Spreizkegels kann vorteilhafterweise als eine Gewindestange ausgebildet sein, die mit einer Stellmutter zusammenwirkt, so dass ein feinfühliges Zustellen des Spreizkegels möglich ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung kann vorgesehen sein, dass der Formkörper Spannbacken, Spannscheiben sowie eine Spannwelle umfasst, wobei die Spannscheiben aus den Seitenflächen hervorstehende schrägstehende Kreisringsegmente aufweisen, die als Federn in in den Seitenflächen der Spannbacken ausgebildete schrägstehende Nuten eingreifen, und wobei die Spannwelle drehstarr mit den Spannscheiben verbunden ist.
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Die Spannbacken können tortenstückförmig ausgebildet sind und zu einem Kreisring angeordnet sein. Der Formkörper wird hierbei also nach dem Prinzip der Exzenterklemme in dem Werkstück geklemmt, wobei die Stirnseiten der Spannbacken nach dem Klemmen unter Ausbildung einer Klemmkraft an der Innenwand des Werkstücks anliegen. Als weiterer Vorteil ist zu verzeichnen, dass die Betätigungskraft an der Spannwelle geringer ist als die Klemmkraft, weil die schrägstehenden Nuten eine schiefe Ebene für die Kreisringsegmente bilden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung kann vorgesehen sein, dass der Formkörper Spannbacken und Spannscheiben umfasst, wobei die Spannscheiben als tellerförmige Scheiben mit im Querschnitt keilförmigen äußeren Endabschnitten ausgebildet sind und auf der einen Seitenfläche einen zylinderförmigen Fortsatz und auf der anderen Seitenfläche eine zylinderförmige Ausnehmung aufweisen, wobei bei benachbarten Spannscheiben der Fortsatz der einen Spannscheibe unter Ausbildung eines Abstandsraums zwischen den Spannscheiben in die Ausnehmung der anderen Spannscheibe eingreift, wobei zwischen benachbarten Spannscheiben die Spannbacken angeordnet sind, und wobei die Spannbacken keilförmige innere Endabschnitte aufweisen, die mit den keilförmigen äußeren Endabschnitten der Spannscheiben zusammenwirken.
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Die Spannscheiben können im Abschnitt der Ausnehmungen von Verbindungssplinten durchgriffen sind, wobei die Verbindungssplinte axial gerichtete Langlöcher in den Fortsätzen durchgreifen.
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Zwischen benachbarten Spannscheiben kann eine als Schraubendruckfeder ausgebildete Rückstellfeder angeordnet sein, welche den Fortsatz der Spannscheibe umgreift.
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Die Spannbacken können tortenstückförmig ausgebildet sein und einen Kreisring bilden, wobei die Spannbacken von einem elastischen Sicherungsring durchgriffen sind. Im Unterschied zu der vorbeschriebenen Ausführung des Formkörpers ist eine axiale Betätigung vorgesehen, die durch die Ausbildung der Spannbacken mit keilförmigen inneren Endabschnitten und der Spannscheiben mit keilförmigen äußeren Endabschnitten ermöglicht ist. Die aufeinander gleitenden Endabschnitte der Spannbacken und der Spannscheiben bilden Keilgetriebe, welche die axiale Betätigungskraft in eine radiale Klemmkraft bzw. Spannkraft umwandeln. Die Keilgetriebe können so ausgebildet sein, dass eine Kraftverstärkung erfolgt, das heißt, dass die Betätigungskraft kleiner als die Klemmkraft ist.
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Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen
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1 eine erfindungsgemäße Warmumformvorrichtung in schematischer Schnittdarstellung mit einem in ein Werkstück eingeführten Formkörper;
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2a, 2b ein erstes Ausführungsbeispiel von Formkörper und Werkstück in 1 in schematischer Schnittdarstellung;
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3a, 3b ein zweites Ausführungsbeispiel von Formkörper und Werkstück in 1 in schematischer Schnittdarstellung;
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4a, 4b ein drittes Ausführungsbeispiel von Formkörper und Werkstück in 1 in schematischer Schnittdarstellung;
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5a, 5b ein viertes Ausführungsbeispiel von Formkörper und Werkstück in 1 in schematischer Schnittdarstellung;
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6a, 6b ein fünftes Ausführungsbeispiel von Formkörper und Werkstück in 1 in schematischer Schnittdarstellung;
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7a, 7b ein sechstes Ausführungsbeispiel von Formkörper und Werkstück in 1 in schematischer Schnittdarstellung;
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8a, 8b ein siebentes Ausführungsbeispiel von Formkörper und Werkstück in 1 in schematischer Schnittdarstellung;
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9 ein achtes Ausführungsbeispiel von Formkörper und Werkstück in 1 in schematischer Schnittdarstellung;
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10a, 10b ein neuntes Ausführungsbeispiel von Formkörper und Werkstück in 1 in einer schematischen Schnittdarstellung;
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11a, 11b ein zehntes Ausführungsbeispiel von Formkörper und Werkstück in 1 in schematischer Schnittdarstellung;
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12a–12c ein elftes Ausführungsbeispiel von Formkörper und Werkstück in 1 in schematischer Schnittdarstellung;
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13a–13c ein zwölftes Ausführungsbeispiel von Formkörper und Werkstück in 1 in schematischer Schnittdarstellung;
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14a–14d ein dreizehntes Ausführungsbeispiel von Formkörper und Werkstück in 1 in schematischer Schnittdarstellung.
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1 zeigt eine Fertigungsstrecke 1 mit einer Warmumformvorrichtung 2, die für das Warmumformen und/oder Presshärten von vorzugsweise dünnwandigen Hohlkörpern aus Stahl, im Folgenden Werkstück 4 genannt, vorgesehen ist.
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Das Werkstück wird zum Warmumformen im Hinblick auf nachfolgendes Presshärten auf eine Temperatur oberhalb der Austenitisierungstemperatur erwärmt und zwischen einem Werkzeugoberteil und einem Werkzeugunterteil eines Umform- und/oder Press-Werkzeugs fixiert und einem Pressdruck ausgesetzt. Das ist das Warmumformen. Danach wird das Werkstück im Werkzeug rasch unter die Austenitisierungstemperatur abgekühlt, das heißt abgeschreckt. Das ist das Presshärten, das auch als Formhärten bezeichnet wird, weil es in einer geschlossenen Werkzeugform stattfindet.
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Es kann auch vorgesehen sein, in dem Werkstück außer gehärteten Abschnitten duktile Abschnitte auszubilden. Duktile Abschnitte müssen deutlich langsamer als beim Presshärten vorgesehen, abgekühlt werden, so dass keine Martensitumwandlung erfolgt.
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Die Warmumformvorrichtung 2 kann in eine Presse eingebaut sein oder weist ein rahmenförmiges Gestell 11 auf, in ein Werkzeug 3, umfassend ein Werkzeugoberteil 31, ein Werkzeugunterteil 32 und einen in das Werkstück 4 einführbaren Formkörper 33. Zwischen dem Werkzeugoberteil 31 und dem Werkzeugunterteil 32 ist das Werkstück 4 mit dem in das Werkstück eingeführtem Formkörper 33 anordenbar. In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Werkstück 4 um einen rohrförmigen Hohlkörper aus einem hochfesten härtbaren Stahl. Das Werkzeugoberteil 31 ist mit einer Kopfplatte 12 starr verbunden. Es können auch mehrere Kopfplatten vorgesehen sein. Die Kopfplatte 12 ist mit einem Abtrieb eines an dem Gestell 11 abgestützten Antriebs 13 starr verbunden. Das Werkzeugunterteil 32 ist auf einer auf dem Gestell 11 abgestützten Grundplatte 14 angeordnet und mit dieser starr verbunden. Es ist auch möglich, keine starre Verbindung vorzusehen. Das Werkzeugoberteil 31 kann als eine Matrize und das Werkzeugunterteil 32 kann als ein Stempel ausgebildet sein oder umgekehrt.
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Das Werkzeug 3 weist Einrichtungen zur Regulierung der Temperatur des Werkzeugoberteils 31 und des Werkzeugunterteils 32 auf, um zum Presshärten geeignete Werkzeugtemperaturen einzustellen. In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel weisen das Werkzeugoberteil 31 und das Werkzeugunterteil 32 in ihren dem Werkstück 4 zugewandten Pressflächen nahe der Werkzeugoberfläche Kühlkanäle 34 auf, die mit einem in 1 nicht dargestellten Kühlkreislauf verbunden sind. Die Kühlkanäle 34 sind von einem Kühlmedium durchströmt, das Wärme aus dem Werkstück 4 abführt. Die Solltemperatur im Kühlkreislauf kann einstellbar und/oder die Isttemperatur des Werkzeugs kann regelbar sein.
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Das Werkstück 4 durchläuft nacheinander eine Erwärmungsstation 8 und die Umformstation 2.
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Industrieroboter 5 sind zwischen einer Lagerstation 6 für unbearbeitete Werkstücke und der Erwärmungsstation 8, der Erwärmungsstation 8 und der Umformstation 2, sowie der Umformstation 2 und einer Lagerstation 7 für bearbeitete Werkstücke angeordnet.
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Die 1a und 1b zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel von Formkörper und Werkstück.
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Der Formkörper 33 wird von einer Seite in das zwischen dem Werkzeugoberteil 31 und dem Werkzeugunterteil 32 angeordnete Werkstück 4 eingeführt. Die Bewegungsrichtung des Formkörpers 33 beim Einführen in das Werkstück 4 ist mit einem Richtungspfeil gekennzeichnet.
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Bei dem Formkörper 33 in 2a handelt es sich um einen kegelstumpfförmigen Formkörper. Das Werkstück 4 ist als ein konisch zulaufendes Rohr mit konstanter Wandstärke ausgebildet, wobei die Außenwand des Formkörpers 33 nach dem Einführen des Formkörpers in das Werkstück an der Innenwand des Werkstücks 4 vollflächig anliegt. Der Neigungswinkel der Außenwand des Formkörpers 33 und der Neigungswinkel der Innenwand des Werkstücks 4 sind zuzüglich einer fertigungsbedingten Winkeltoleranz gleich.
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Bei dem Formkörper 33 in 2b handelt es sich um einen zylinderförmigen Formkörper. Das Werkstück 4 ist als ein Rohr mit konstanter Wandstärke ausgebildet. Der Außendurchmesser des Formkörpers 33 und der Innendurchmesser des Werkstücks 4 sind zuzüglich einer fertigungsbedingten Durchmessertoleranz gleich, wobei vorzugsweise die Durchmessertoleranz einer Spielpassung entspricht.
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Die 3a und 3b zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel von Formkörper und Werkstück.
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Der Formkörper 33 ist aus zwei Formkörperelementen 331 und 332 ausgebildet, wobei der Querschnitt des Formkörpers (33) ausgehend von den Stirnseiten abnimmt und die Trennebene des Formkörpers (33) durch den kleinsten Querschnitt des Formkörpers (33) gelegt ist. Die Formkörperelemente 331 und 332 sind von zwei einander gegenüber liegenden Seiten in das zwischen dem Werkzeugoberteil 31 und dem Werkzeugunterteil 32 angeordnete Werkstück 4 eingeführt. Die Bewegungsrichtungen der Formkörperelemente 331 und 332 sind jeweils mit einem Richtungspfeil gekennzeichnet. Die einander zugewandeten Stirnseiten der Formkörperelemente 331 und 332 sind als ebene Stirnflächen ausgebildet, die bei eingeführtem Formkörper 33 in der Trennebene aufeinander liegen.
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Der in 3a dargestellte Formkörper 33 ist in dem an dem Werkzeugoberteil 31 anliegender Abschnitt konkav ausgebildet, das heißt nach innen gewölbt. Der an dem Werkzeugunterteil 32 anliegende Abschnitt des Formkörpers 33 ist eben ausgebildet. Das Werkstück 4 ist beispielsweise als ein einseitig verformtes Rohr mit konstanter Wandstärke ausgebildet, wobei die Außenwand des Formkörpers 33 nach dem Einführen des Formkörpers in das Werkstück an der Innenwand des Werkstücks 4 vollflächig anliegt. Die Trennebene des in 3a dargestellten Formkörpers 33 ist durch den Scheitel des konkaven Abschnitts des Formkörpers gelegt. Das Werkstück 4 kann in einem oder mehreren Bereichen mit geringerer Härte und Festigkeit ausgebildet werden. Dazu weist das Werkzeugoberteil 31 einen separat temperierten Bereich 31t auf, wobei das Formkörperelement 331 unter diesem Bereich zurückspringt, das heißt nicht an dem Werkstück 4 anliegt. Dadurch ist das Werkstück in diesem Bereich vom Presshärten ausgenommen. Der Bereich 31t kann sich über einen beliebigen Winkelbereich erstrecken, beispielsweise über den gesamten Umfang.
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Es ist auch möglich, das Werkzeug nach diesem Prinzip für die Wärmebehandlung eines Werkstücks 4 mit unterschiedlicher Materialdicke auszubilden.
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Der in 3b dargestellte Formkörper 33 weist zwei zylinderförmige Formkörperelemente 331 und 332 auf, die unter einem Winkel zueinander angeordnet sind. Die Trennebene des in 3b dargestellten Formkörpers 33 ist durch den Scheitel des vorgenannten Winkels gelegt.
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Die 4a und 4b zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel von Formkörper und Werkstück.
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Der Formkörper 33 und das Werkstück 4 sind wie der weiter oben in 2a beschrieben ausgebildet, mit dem Unterschied, dass der Formkörper 33 drei Formkörperelemente 331–333 aufweist, die auf einem Formkörperträger 334 angeordnet sind und das Werkstück 4 einen exzentrischen Abschnitt aufweist.
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Der Formkörperträger 334 ist als ein biegbarer Träger, vorzugsweise als ein biegeschlaffer Träger ausgebildet. Biegeschlaffe Bauteile weisen einen niedrigen Elastizitätsmodul, geringe Dehnsteifigkeit und große Verformbarkeit bei geringer Kraft- und Momentbeanspruchung auf. Biegeschlaffe Bauteile werden auch als forminstabile, formlabile oder nicht formstabile Bauteile bezeichnet. Bei dem Träger kann es sich beispielsweise um ein Stahlseil oder eine Kette handeln.
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Die Formkörperelemente 331–333 sind kegelförmig ausgebildet und weisen jeweils ein Durchgangsloch auf, das von dem Formkörperträger 334 durchgriffen ist. Das Formkörperelement 331 ist mit dem Formkörperträger 334 unlösbar verbunden. Es ist auch möglich, eine lösbare Verbindung vorzusehen. Das dem Formkörperelement 331 benachbarte Formkörperelement 332 ist kongruent zu dem exzentrischen Abschnitt des Werkstücks 4 und ist wie das benachbarte Formkörperelement 333 auf dem Formkörperträger 334 axial beweglich angeordnet. Beim Einbringen des Formkörpers 33 in das Werkstück 4 richten sich die Formkörperelemente 331–333 an der Innenkontur des Werkstücks 4 aus, wobei der biegbare Formkörperträger 334 die axiale Verlagerung des mittleren Formkörperelements 332 um ein in 4b eingetragenes Maß „v” ermöglicht. Wie in 4a zu erkennen, sind die Durchgangslöcher in den Endabschnitten der einander zugewandten Formkörperelemente 331–333 kegelförmig aufgeweitet, um den Formkörper 33 nach dem Umformen besser aus dem Werkstück 4 herausfahren zu können.
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Die 5a und 5b zeigen ein viertes Ausführungsbeispiel von Formkörper und Werkstück. Im Unterschied zu dem in 4a und 4b beschriebenen Ausführungsbeispiel weist das Werkstück 4 einen gegenüber den anderen Abschnitten um einen Winkel α verdrehten Abschnitt auf. Da der Querschnitt des Werkstücks 4 quadratförmig ist, muss der Formkörper 33 wie vorbeschrieben mehrteilig ausgebildet sein, so dass sich die Formkörperelemente 331–333 beim Einführen des Formkörpers 33 in das Werkstück 4 zueinander verdrehen können.
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Die 6a und 6b zeigen ein fünftes Ausführungsbeispiel von Formkörper und Werkstück. Bei dem Werkstück 4 handelt es sich um einen rohrförmigen Körper, der mit einem Zahnstangenabschnitt ausgebildet ist. Der Formkörper 33 ist aus zwei treibenden Spreizkeilen 335t gebildet. Die treibenden Spreizkeile 335t sind als keilförmig abgeschrägte Zylinder ausgebildet, die aufeinander gelegt einen Zylinder mit einer zur Längsachse geneigten Trennebene bilden. Die treibenden Spreizkeile werden von beiden Seiten her in das Werkstück 4 eingeführt, wobei die beiden Spreizkeile 335t aufeinander gleiten und der resultierende Durchmesser des Formkörpers 33 dabei vergrößert wird. Die Trennebene des Formkörpers 33 ist so angeordnet, dass der resultierende Durchmesser senkrecht zu den einander zugewandten Stirnseiten des Werkzeugoberteils 31 und des Werkzeugunterteils 32 angeordnet ist. Dadurch wird zumindest der warm umzuformende und presszuhärtende oder nur zu härtende Zahnstangenabschnitt des Werkstücks 4 auf den Formkörper 33 gepresst.
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Die 7a und 7b zeigen ein sechstes Ausführungsbeispiel von Formkörper und Werkstück.
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Im Unterschied zu dem in 6a und 6b beschriebenen Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Werkstück 4 um ein mit einem Zahnstangenabschnitt ausgebildetes rohrförmiges Blechformteil. Der Zahnstangenabschnitt wird in das Blechformteil eingeprägt. Der Formkörper 33 umfasst einen aktiven Spreizkeil 335a und einen treibenden Spreizkeil 335t. Der aktive Spreizkeil 335a weist einen Formabschnitt auf, der zum Prägen des Zahnstangenabschnitts von innen her vorgesehen ist. Durch das Einschieben des treibenden Spreizkeils 335t wird der aktive Spreizkeil 335a auf das Werkzeugoberteil 31 zu bewegt, wobei entweder der Zahnstangenabschnitt in dem Werkstück durch Warmumformen ausgebildet und pressgehärtet wird oder die Maßhaltigkeit eines vorgeformten Zahnstangenabschnitts verbessert wird und/oder die gleichmäßige Wärmeabfuhr aus dem Zahnstangenabschnitt beim nachfolgenden Presshärten ermöglicht wird.
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Nach dem Warmumformen und/oder Presshärten kann nach dem Entfernen des treibenden Spreizkeils 335t der aktive Spreizkeil 335a abgesenkt werden und ebenfalls aus dem Werkstück 4 entfernt werden.
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Die 8a und 8b zeigen ein siebtes Ausführungsbeispiel von Formkörper und Werkstück.
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Der Formkörper 33 ist wie der in 7a und 7b beschriebene Formkörper ausgebildet. Das Werkstück 4 ist als ein im Längsschnitt konisches Blechformteil ausgebildet, das eine flächige Einprägung aufweist.
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Die 9 zeigt ein achtes Ausführungsbeispiel von Formkörper und Werkstück.
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In dem Formkörper 33 ist ein parallel zur Längsachse des Formkörpers bewegbarer Schieber 336 angeordnet, der mit einem senkrecht zu dem Schieber angeordneten Schieberstempel 336s zusammenwirkt. Der Schieber 336 und der Schieberstempel 336s bilden ein Keilgetriebe. Der Schieber 336 und der Schieberstempel 336s weisen um 45° geneigte Stirnflächen, die aufeinander gleiten. Beim Einschieben des Schiebers 336 gleitet der Schieberstempel in Richtung auf das Werkzeugoberteil 31 und bildet an dem als Blechformteil ausgebildeten Werkstück 4 einen hervorspringenden Abschnitt aus.
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Die 10a und 10b zeigen ein neuntes Ausführungsbeispiel von Formkörper und Werkstück.
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Der Formkörper 33 ist für ein rohrförmiges Werkstück 4 mit einem Zahnstangenabschnitt ausgebildet, wie weiter oben in 6a und 6b beschrieben. Der Formkörper 33 umfasst eine Spreizhülse 337h, einen Spreizkegel 337k und auf den Endabschnitten des Spreizkegels 337k angeordnete ringförmige Endstücke 337e, die eine Gewindebohrung aufweisen. Die Spreizhülse 337h ist als ein bis auf einen Endabschnitt kreuzgeschlitzter Zylinder mit einem konischen Innenloch ausgebildet, in das der Spreizkegel 337k einführbar ist. Durch das Einführen des Spreizkegels 337k wird die Spreizhülse 337h aufgespreizt und gegen die Innenwand des Werkstücks 4 gepresst. Die Endstücke 337e sind zum Bewegen des Spreizkegels 337k vorgesehen.
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Die 11a und 11b zeigen ein zehntes Ausführungsbeispiel von Formkörper und Werkstück.
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Der Formkörper 33 ist wie der vorstehend in 10a und 10b beschriebene Formkörper ausgebildet. Das Werkstück 4 weist an seinem Außenumfang einen Gewindeabschnitt auf.
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Die 12a–12c zeigen ein elftes Ausführungsbeispiel von Formkörper und Werkstück.
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Bei dem Werkstück 4 handelt es sich um ein nahtloses Rohr. Der Formkörper 33 umfasst Spannbacken 338b, Spannscheiben 338s sowie eine Spannwelle 338w mit aufgeschraubten Endstücken 338e.
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Die Spannscheiben 338s weisen aus den Seitenflächen hervorstehende schrägstehende Kreisringsegmente auf, die als exzentrische Treibkeile in in den Seitenflächen der Spannbacken 338b ausgebildete schrägstehende Nuten eingreifen. Die Spannbacken 338b sind tortenstückförmig ausgebildet. In dem in 12a und 12b dargestellten Ausführungsbeispiel sind vier Spannbacken 338b vorgesehen, die einen Kreisring bilden. Die Spannbacken 338b und die Spannscheiben 338s sind abwechselnd auf der Spannwelle 338w aufgereiht, wobei die Spannscheiben 338s mit der Spannwelle 338w drehstarr verbunden sind. Beim Verdrehen der Spannwelle 338w um ihre Längsachse in der in 12b bezeichneten Drehrichtung S gleiten die exzentrischen Treibkeile der Spannscheiben 338s in den Nuten der Spannbacken 338b nach außen und drücken dabei die Spannbacken 338b gegen die Innenwand des Werkstücks 4. Beim Verdrehen der Spannwelle 338w um ihre Längsachse in der entgegengesetzten Drehrichtung E gleiten die exzentrischen Treibkeile der Spannscheiben 338s in den Nuten der Spannbacken 338b nach innen und lösen dabei die Spannbacken 338b von der Innenwand des Werkstücks 4.
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Die beiden Endstücke 338e sichern den beschriebenen Aufbau des Formkörpers 33. Durch Anziehen der Endstücke 338s kann das Axialspiel der Spannscheiben 338s und der Spannbacken 338b eingestellt werden.
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Die 13a–13c zeigen ein zwölftes Ausführungsbeispiel von Formkörper und Werkstück.
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Bei dem Werkstück 4 handelt es sich um ein nahtloses Rohr. Der Formkörper 33 umfasst Spannbacken 339b, Spannscheiben 339s, Sicherungsringe 339r, Verbindungssplinte 339v, Endstücke 339e sowie Rückstellfedern 339f.
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Die Spannscheiben 339s sind als tellerförmige Scheiben mit im Querschnitt keilförmigen äußeren Endabschnitten ausgebildet. Die Spannscheiben 339s weisen auf der einen Seitenfläche einen zylinderförmigen Fortsatz auf und auf der anderen Seitenfläche eine zylinderförmige Ausnehmung auf, die so ausgebildet sind, dass bei benachbarten Spannscheiben der Fortsatz der einen Spannscheibe in die Ausnehmung der anderen Spannscheibe eingreift, wobei ein Abstandsraum zwischen den Spannscheiben ausgebildet ist. Zwischen benachbarten Spannscheiben 339s ist jeweils eine Rückstellfeder 339f angeordnet, die den zylinderförmigen Fortsatz umgreift. In dem in 13a dargestellten Ausführungsbeispiel sind sechs Spannscheiben 339s vorgesehen, die axial aufgereiht sind. Die Spannscheiben 339s sind durch die Verbindungssplinte 339v gesichert, die radial die Ausnehmungen der Spannscheiben 339s und axial erstreckte Langlöcher in den Fortsätzen der Spannscheiben 339s durchgreifen. Die Langlöcher ermöglichen zwischen zwei benachbarten Spannscheiben 339s eine axiale Verschiebung w.
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Die Endstücke 339e sind wie die Spannscheiben 339s ausgebildet, mit dem Unterschied, dass jeweils die den Spannscheiben 339s abgewandte Stirnseite als ebene Fläche ausgebildet ist.
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Zwischen benachbarten Spannscheiben 339s sind die Spannbacken 339b angeordnet, die wie in 13b zu erkennen, tortenstückförmig ausgebildet sind. Die Spannbacken 339b weisen keilförmige innere Endabschnitte auf, die mit den keilförmigen äußeren Endabschnitten benachbarter Spannscheiben 339s zusammenwirken. In dem in 13a–13c dargestellten Ausführungsbeispiel sind vier Spannbacken 339b vorgesehen, die einen Kreisring bilden. Die vier Spannbacken 339b sind durch einen elastischen Sicherungsring 339r miteinander verbunden.
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Wenn der Formkörper 33 axial zusammengedrückt wird, wird der Abstandsraum zwischen den Spannscheiben 339s verringert und die Spannbacken 339b werden folglich nach außen gedrängt und mit ihrem Außenumfang an die Innenwand des Werkstücks 4 gepresst.
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Beim Entlasten des Formkörpers 33 treiben die Rückstellfedern die Spannscheiben 339s auseinander und der Reibschluss der Spannbacken 339b und des Werkstücks 4 ist aufgehoben.
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Die 14a–14d zeigen ein dreizehntes Ausführungsbeispiel von Formkörper und Werkstück.
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Das Werkstück 4 weist einen ersten Abschnitt mit einer Zahnstange, wie in 6a und 6b beschrieben, einen zweiten Abschnitt mit einem Außengewinde, wie in 11a und 11b beschrieben, und einen rohrförmigen Verbindungsabschnitt zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt auf.
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Der Formkörper 33 weist einen ersten Abschnitt mit Spreizkeilen 335a und 335t, wie in 6a und 6b beschrieben, und einen zweiten Abschnitt mit Spreizhülse 337h und Spreizkegel 337k auf, wie in 11a und 11b beschrieben. Der Spreizkegel 337k greift in den aktiven Spreizkeil 335a ein.
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In das Werkzeugoberteil 31 sind Formeinsätze 31e eingesetzt, die die Zahnstange bzw. einen oberen halbkreisförmigen Abschnitt des Außengewindes ausbilden und/oder aufnehmen. In das Werkzeugunterteil 32 sind Formeinsätze 32e eingesetzt, die einen der Zahnstange abgewandten unteren Abschnitt bzw. einen unteren halbkreisförmigen Abschnitt des Außengewindes ausbilden und/oder aufnehmen.
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14d zeigt eine abgewandelte Ausführung der zur Ausbildung des Außengewindes vorgesehenen Formeinsätze. Es sind vier Formeinsätze 35 vorgesehen, die von oben und von unten sowie von beiden Seiten auf das Werkstück 4 zugeführt werden. Die vier Formeinsätze 35 bilden einen Quader mit diagonalen Trennfugen und einem zentrischen Gewindeloch.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fertigungsstrecke
- 2
- Warmumformvorrichtung
- 3
- Umform- und/oder Press-Werkzeug
- 4
- Werkstück
- 5
- Industrieroboter
- 6
- Lagerstation für unbearbeitete Werkstücke
- 7
- Lagerstation für bearbeitete Werkstücke
- 8
- Erwärmungsstation
- 11
- Gestell
- 12
- Kopfplatte
- 13
- Antrieb der Kopfplatte
- 14
- Grundplatte
- 31
- Werkzeugoberteil
- 31e
- Formeinsatz
- 31t
- separat temperierter Bereich des Werkzeugoberteils
- 32
- Werkzeugunterteil
- 32e
- Formeinsatz
- 33
- Formkörper
- 34
- Kühlkanal
- 35
- Formeinsatz
- 331–333
- Formkörperelement
- 334
- Formkörperträger
- 335a
- aktiver Spreizkeil
- 335t
- treibender Spreizkeil
- 336
- Schieber
- 336s
- Schieberstempel
- 337e
- Endstück
- 337h
- Spreizhülse
- 337k
- Spreizkegel
- 338e
- Endstück
- 338b
- Spannbacke
- 338s
- Spannscheibe
- 338w
- Spannwelle
- 339b
- Spannbacke
- 339e
- Endstück
- 339f
- Rückstellfeder
- 339r
- Sicherungsring
- 339s
- Spannscheibe
- 339v
- Verbindungssplint
