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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Innenhochdruckumformen sowie ein Verfahren zum Innenhochdruckumformen.
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Das Innenhochdruckumformen wird zum Zugdruckumformen gezählt. Insbesondere geht es um das Umformen metallischer Rohre oder Hohlkörper in einem geschlossenen Formwerkzeug mittels Innendruck. Der Druck wird z. B. durch eine Wasser-Öl-Emulsion in das Halbzeug bzw. das Rohr oder den Hohlkörper eingebracht. Die Öffnungen werden während des Umformprozesses durch Dichtstempel oder Dichtkappen, die durch Hydraulikzylinder angetrieben werden, abgedichtet. Neben der Abdichtung dienen die Zylinder auch dem Nachschieben von Material. Entsprechend weisen diese Zylinder eine bauteil- bzw. werkzeugspezifische Ausrichtung auf. Aus der
DE 43 20 236 C1 und der
DE 44 34 441 C2 sind Werkzeuge bekannt, bei denen die Raumlage der Arbeitszylinder zumindest teilweise geändert werden kann. Dies erhöht grundsätzlich die Flexibilität derartiger Werkzeuge. Dabei bringen allerdings die bekannten Ansätze den Nachteil mit sich, dass eine Verstellung der Arbeitszylinder sehr zeitaufwändig ist. Zudem sind die Möglichkeiten der Verstellung bzw. Ausrichtung relativ eingeschränkt.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Innenhochdruckumformen sowie ein Verfahren zum Innenhochdruckumformen anzugeben, welche die vorgenannten Nachteile beseitigen und insbesondere eine sehr hohe Flexibilität in der Fertigung sowie Produktion ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren gemäß Anspruch 9 gelöst. Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
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Erfindungsgemäß umfasst eine Vorrichtung zum Innenhochdruckumformen zumindest ein Wirkelement, insbesondere einen Arbeits- oder Axialzylinder, sowie ein Werkzeug mit einer Kavität, zum Anordnen eines Halbzeugs oder eines Rohlings, wobei das Werkzeug einen oder zumindest einen Dichtkanal aufweist, und wobei das Wirkelement ausgelegt ist, einen Dichtstempel in dem Dichtkanal zum Abdichten des Halbzeugs beim Umformen zu verfahren, und wobei das zumindest eine Wirkelement um zumindest zwei Achsen stufenlos drehbeweglich gelagert ist. Mit Vorteil ist also eine Position oder Ausrichtung des zumindest einen Axialzylinders nicht lediglich verstellbar, sondern stufenlos verstellbar, was durch dessen bewegliche Lagerung, insbesondere durch dessen stufenlose drehbewegliche Lagerung, erreicht wird. Die Drehbeweglichkeit ist dabei bevorzugt um zumindest zwei Achsen gegeben. Gemäß einer Ausführungsform ist das Werkzeug ein zweiteiliges Werkzeug, umfassend eine obere Formhälfte und eine untere Formhälfte. Eine Teilungsebene des Werkzeugs, wobei die Teilungsebene beispielsweise die horizontale Ebene ist, wird durch die zwei Achsen x und y aufgespannt. Eine dritte, darauf senkrecht stehende Achse, ist die z-Achse, vorliegend z. B. die Hochachse. Eine drehbewegliche Lagerung um zumindest zwei Achsen ist im vorgenannten Fall dahingehend zu verstehen, dass eine Wirkrichtung des Axialzylinders beispielsweise innerhalb der Teilungsebene und senkrecht dazu verstellt oder verschwenkt werden kann. Die Drehbeweglichkeit ist entsprechend um die z-Achse und um die x- oder y-Achse gegeben. Bevorzugt ist auch eine stufenlose Drehbeweglichkeit um drei Achsen realisiert bzw. ist eine Lagerung des Axialzylinders entsprechend ausgelegt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Wirkelement gleitgelagert, insbesondere rotatorisch und/oder auch translatorisch. Insbesondere kann dadurch die stufenlose Verstellung erreicht werden.
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Das Wirkelement kann mit Vorteil auch entlang zumindest einer (Raum-)Achse translatorisch, insbesondere ebenfalls stufenlos, verstellt werden.
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Bevorzugt ist das Wirkelement sphärisch gelagert. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Wirkelement über ein Kugelgelenk gelagert. Ein Kugelgelenk stellt einen konstruktiv einfachen Ansatz dar, die sphärische Lagerung bzw. die stufenlose Drehbeweglichkeit um die zumindest zwei Achsen, bevorzugt aber auch drei, zu realisieren.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung eine Traganordnung, in oder an welcher das Wirkelement gelagert ist, und wobei die Traganordnung bevorzugt entlang zumindest einer Achse, insbesondere translatorisch, verstellbar ausgebildet ist. Zweckmäßigerweise handelt es sich bei der Traganordnung um ein Teil oder um ein Element, welches separat oder getrennt vom Werkzeug, welches die Kavität für das zu formende Bauteil aufweist, angeordnet ist. Mit Vorteil ist die Traganordnung entlang zumindest einer Achse, insbesondere translatorisch, verstellbar, beispielsweise zum Werkzeug hin und/oder parallel zu diesem oder auch entlang der vorgenannten Hochachse. Mit anderen Worten kann also auch eine Höhenverstellung erfolgen. Bevorzugt kann auch eine Verstellbarkeit entlang von zwei oder drei Achsen realisiert werden. Bevorzugt ist das Tragelement ausgelegt, eine bzw. die translatorische Verstellung zu ermöglichen, während die rotatorische Verstellung über das Kugelgelenk realisiert wird. Gemäß einer Ausführungsform sind in einem Maschinenbett der Vorrichtung, auf welchem die Traganordnung angeordnet ist, Führungen oder Führungsschienen vorgesehen, entlang derer die Traganordnung, insbesondere stufenlos, verstellbar angeordnet ist. Die Führungsschienen können dabei je nach gewünschter Verstellbarkeit gerade und/oder auch bogen- oder allgemein kurvenförmig verlaufen bzw. die verschiedensten Orientierung aufweisen.
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Bevorzugt ist die Tragordnung separat bzw. auch beabstandet zum Werkzeug, welches die Kavität ausformt, angeordnet. Zweckmäßigerweise kann das Werkzeug auf diese Weise einfach getauscht werden, ohne dass irgendwelche Umbaumaßnahmen an der Traganordnung nötig sind. Alternativ kann die Traganordnung getauscht werden, ohne dass irgendwelche Umbaumaßnahmen am Werkzeug nötig sind etc. Hinzu kommt, dass diese Ausgestaltung eine sehr stabile und gezielte Auslegung der Traganordnung an sich ermöglicht, wenn das Werkzeug funktional nicht mit der Traganordnung verbunden ist.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Wirkelement bzw. der Axialzylinder in einem ersten Lagerteil angeordnet, und wobei das erste Lagerteil sphärisch in einem zweiten Lagerteil gelagert ist. Dies stellt eine Möglichkeit dar, das vorgenannte Kugelgelenk zu realisieren. Dabei ist das zweite Lagerteil beispielsweise ein Bestandteil der Traganordnung bzw. in diesem ausgebildet oder angeordnet.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung einen Verstellmechanismus, welcher ausgelegt ist, das Wirkelement automatisiert auszurichten. Der Verstellmechanismus kann elektrisch, hydraulisch, und/oder pneumatisch betätigt sein.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der Verstellmechanismus ein Roboter bzw. ist als der Verstellmechanismus ein Roboter vorgesehen. Dieser ist entsprechend ausgelegt bzw. konfiguriert, das Wirkelement, je nach Anwendungsfall, auszurichten, wobei der große Vorteil darin besteht, dass dies automatisiert erfolgen kann. Alternativ und/oder zusätzlich können geeignete Antriebe oder Steller, wie Linearantriebe, vorgesehen werden, welche ausgelegt sind, das Wirkelement zu betätigen.
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Gemäß einer Ausführungsform ist ein Arretiermechanismus vorgesehen, welcher ausgelegt ist, das Wirkelement in einer Position zu arretieren. Bevorzugt wirkt der Arretiermechanismus form- und/oder kraftschlüssig. Gemäß einer Ausführungsform kann eine Arretierung beispielsweise durch eine hydraulische Klemmung erfolgen. Gemäß einer Ausführungsform ist beispielsweise eine Halte- oder Klemmplatte vorgesehen, welche mit dem ersten Lagerteil oder mit dem Wirkelement derart zusammenwirkt, dass das entsprechende Wirkelement zuverlässig und sicher in der gewünschten Position arretiert ist.
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An dieser Stelle sei erwähnt, dass eine Vielzahl von entsprechend verstellbar ausgebildeten Wirkelementen bzw. Axialzylindern bzw. auch Traganordnungen vorgesehen sein kann, beispielsweise zwei, drei, vier oder mehr, wobei die Anzahl abhängig vom Werkzeug bzw. vom zu formenden Bauteil ist. Verstellbare Wirkelemente können auch mit feststehenden kombiniert werden etc.
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Die Vorrichtung ist insbesondere eine Presse. Das Werkzeug ist zweckmäßigerweise ein pressengebundenes Werkzeug. Die Presse dient zum Öffnen und Schließen des Werkzeugs und zum Aufbringen von Zuhaltekräften während des Umformvorgangs. Die grundsätzliche Ausgestaltung derartiger Pressen ist dem Fachmann bekannt, sodass diesbezüglich auf weitere Ausführungen verwiesen wird.
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Die Erfindung richtet sich auch auf ein Verfahren zum Innenhochdruckumformen, umfassend die Schritte:
- - Bereitstellen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
- - Einlegen eines Halbzeugs in die Kavität des Werkzeugs;
- - Automatisiertes Ausrichten des Wirkelements relativ zum Dichtstempel, welcher zum Abdichten der Kavität vorgesehen ist;
- - Aufbringen einer Kraft auf den Dichtstempel mittels des Wirkelements zum Abdichten;
- - Einleiten eines Druckmediums in das Halbzeug und Umformen desselben.
Mit Vorteil ermöglicht die stufenlose drehbewegliche Lagerung des Wirkelements gerade die automatisierte Ausrichtung desselben. Das Wirkelement ist nicht nur in verschiedenen Positionen anordenbar, sondern eben stufenlos einstellbar bzw. verstellbar bzw. gelagert, wodurch die Ausrichtung, insbesondere die automatisierte Ausrichtung, erst möglich wird. Gemäß einer Ausführungsform können Verstellmechanismen, wie Linearantriebe, Stellmotoren etc. vorgesehen sein. Die Verstellmechanismen können dabei unter anderem elektrisch mechanisch, pneumatisch und/oder hydraulisch betätigt sein. An dieser Stelle sei erwähnt, dass die im Zusammenhang mit der Vorrichtung erwähnten Vorteile analog und entsprechend für das Verfahren gelten sowie umgekehrt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Ausrichten des Wirkelements mit einem Roboter bzw. robotergestützt.
Zur Ausrichtung wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ein Roboter bzw. ein Industrieroboter bzw. ein entsprechender Manipulatorarm verwendet.
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Mit Vorteil sind vorliegend die Wirkelemente bzw. Axialzylinder nicht Bestandteil des Werkzeugs, sondern an der Vorrichtung befestigt. Insbesondere handelt es sich bei der Vorrichtung um eine geeignete Presse. Die Anpassung an unterschiedliche Werkzeuge erfolgt durch die automatische und/oder auch manuelle Verstellung der Zylinderausrichtung sowohl linear als auch radial. Die Einstellbarkeit kann beispielsweise über eine Kugelform in Verbindung mit Lineareinheiten erfolgen. Der Verstellmechanismus bzw. die Verstellung kann über Roboter, Spindeln oder sonstige Antriebe betätigt oder realisiert werden. Nach erfolgter Verstellung muss eine Fixierung des oder der Wirkelemente erfolgen, wobei hierfür ein geeigneter Verstellmechanismus vorgesehen ist. Alternativ kann die Arretierung auch direkt durch den Verstellmechanismus bewirkt werden. Gemäß einer Ausführungsform kann beispielsweise eine hydraulische Klemmung vorgesehen werden. Durch die Anordnung und Verstellung der Wirkelemente/Axialzylinder werden die Werkzeuge zum Umformen deutlich einfacher. Dies führt vor allem zu einer Reduzierung der Werkzeugkosten. Außerdem ist der Rüstprozess der Werkzeuge deutlich weniger komplex, was wiederum zu einer Kostenreduzierung führt. Die Flexibilität des Umformprozesses wird erhöht, da ein Werkzeugwechsel einfacher und schneller möglich ist und sich dadurch auch betriebswirtschaftlich eher rechnet, wodurch zusätzlich auch Bestände reduziert werden können.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen von Vorrichtungen bzw. entsprechenden Detailansichten mit Bezug auf die beigefügten Figuren.
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Dabei können verschiedene Merkmale im Rahmen der Erfindung miteinander kombiniert werden.
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Es zeigen:
- 1: eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Innenhochdruckumformen;
- 2: eine schematische Draufsicht auf Teile einer erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Vorrichtung zum Innenhochdruckumformen;
- 3a: eine Detailansicht einer Ausführungsform eines Wirkelements in einer Draufsicht, wobei das Wirkelement in einer Traganordnung angeordnet ist;
- 3b: eine weitere schematische Ansicht eines Wirkelements, gelagert in einer Traganordnung.
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1 zeigt in einer schematischen Ansicht eine Vorrichtung bzw. Presse mit einem Gestell 10, wobei auf einer Grundplatte 11 des Gestells 10 ein Werkzeug 12, umfassend eine obere und eine untere Werkzeughälfte 14 angeordnet sind. Beabstandet zum Werkzeug 12 sind zwei Traganordnungen 40 angeordnet, wobei in diesen jeweils ein Wirkelement bzw. ein Axialzylinder 20 gelagert ist. Die Wirkelemente 20 dienen der Betätigung von Elementen bzw. Dichtstempeln oder Dichtkappen 16, welche in entsprechenden Dichtkanälen 17 entlang eines Verfahrwegs V beweglich bzw. verfahrbar angeordnet sind und dort zum Abdichten eines in einer Kavität 18 des Werkzeugs 12 angeordneten Rohlings vorgesehen sind. Bei dem links dargestellten Wirkelement 20 bzw. bei der links dargestellten Traganordnung 40 sind mit dem Bezugszeichen B entsprechende Bewegungs- oder Verstellrichtungen skizziert, welche die insbesondere stufenlose Einstellbarkeit des Wirkelements 20 verdeutlichen. Mit den Bezugszeichen x, y, H ist ein entsprechendes Koordinatensystem bezeichnet. Das Wirkelement 20 ist mit Vorteil um zumindest zwei Achsen stufenlos drehbeweglich gelagert, vgl. insbesondere die Bewegungsrichtungen B. Bei der dargestellten Ausführungsform ist das Wirkelement 20 rotatorisch über ein Kugelgelenk oder über eine kugelgelenkartige Anordnung gelagert, während eine translatorische Verstellung über die Traganordnung 40 realisiert wird.
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2 zeigt in einer Draufsicht auf eine untere Werkzeughälfte 14, wobei mit dem Bezugszeichen 18 eine Kavität bezeichnet ist. Weiter sind zwei Wirkelemente 20 mit entsprechenden Dichtstempeln 16, welche in Dichtkanälen 17 geführt sind, skizziert.
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Zu erkennen ist insbesondere, dass die Traganordnungen, welche in der hier gezeigten Darstellung als solche nicht erkennbar sind, in entsprechenden Führungsschienen 42 einer Grundplatte 11 verstellbar, insbesondere auch stufenlos verstellbar, angeordnet sind. Dabei ist die linke Führung bzw. Führungsschiene 42 etwa bogenförmig ausgebildet, während die rechte Führungsschiene 42 sozusagen mehrere gerade Führungen umfasst, welche miteinander verbunden sind.
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3a zeigt eine schematische Ansicht, insbesondere Draufsicht, auf eine Traganordnung 40, wobei hier insbesondere der Fokus auf einem Halteelement bzw. einer Halteplatte 22 liegt, welche zur Arretierung des Wirkelements 20 vorgesehen ist. Eine derartige Halteplatte 22 kann beispielsweise hydraulisch betätigt sein. Insbesondere klemmt die Halteplatte 22 das Wirkelement 20, sodass eine Verstellung nicht mehr möglich ist.
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3b zeigt eine weitere schematische Ansicht eines Wirkelements 20 bzw. eines Axialzylinders, wobei dieser in einem ersten Lagerteil 24 gelagert ist, welches wiederum sphärisch in einem zweiten Lagerteil 26, welches beispielsweise Bestandteil einer Traganordnung 40 ist, gelagert ist.
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Sowohl die 3a als auch die 3b zeigen schematisch eine Lagerung eines Wirkelements über ein Kugelgelenk bzw. mittels einer kugelgelenkartigen Lagerung.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Gestell
- 11
- Grundplatte
- 12
- Werkzeug
- 14
- Werkzeughälfte
- 16
- Dichtelement, Dichtstempel
- 17
- Dichtkanal
- 18
- Kavität
- 20
- Wirkelement, Axialzylinder
- 22
- Halteelement, Halteplatte
- 24
- erstes Lagerteil
- 26
- zweites Lagerteil
- 40
- Traganordnung
- 42
- Führung
- x
- x-Achse
- y
- y-Achse
- H
- Hochachse (z-Achse)
- B
- Bewegungsrichtung
- V
- Verfahrweg Dichtstempel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4320236 C1 [0002]
- DE 4434441 C2 [0002]
