DE102020215849A1

DE102020215849A1 - Tool for vault structuring of a workpiece

Info

Publication number: DE102020215849A1
Application number: DE102020215849.5A
Authority: DE
Inventors: Carsten Voss
Original assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Current assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Priority date: 2020-12-14
Filing date: 2020-12-14
Publication date: 2022-06-15

Abstract

Die vorgeschlagene Lösung betrifft ein Werkzeug (W) für eine Wölbstrukturierung eines Werkstücks (S), mit- mindestens einem Formgebungselement (F), das eine Anlagefläche (FA) für das Werkstück (S) mit einer Vielzahl von Strukturierungsabschnitten (40, 41, 42) für die Erzeugung einer Wölbstruktur an dem Werkstück (S) umfasst, und- eine Krafterzeugungseinrichtung (E), über das in dem Werkzeug (W) angeordnete Werkstück (S) während eines Strukturierungsprozesses mit einer Kraft beaufschlagbar ist, die das Werkstück (S) zur Erzeugung der Wölbstruktur gegen die die Strukturierungsabschnitte (40, 41, 42) aufweisende Anlagefläche (FA) drückt. Das Formgebungselement (F) ist mehrteilig aus mindestens zwei Formgebungselementteilen (4; 4A-4D) aufgebaut, die jeweils wenigstens einen Teil der Anlagefläche (FA) definieren und die zur Entnahme des mit der Wölbstruktur versehenen Werkstücks (W) aus dem Werkzeug (W) und/oder vor dem Strukturierungsprozess voneinander trennbar sind.The proposed solution relates to a tool (W) for arch structuring of a workpiece (S), with at least one shaping element (F) which has a contact surface (FA) for the workpiece (S) with a large number of structuring sections (40, 41, 42 ) for generating a curved structure on the workpiece (S), and- a force-generating device (E), via the workpiece (S) arranged in the tool (W) can be acted upon during a structuring process with a force which the workpiece (S) presses against the contact surface (FA) having the structuring sections (40, 41, 42) to produce the arched structure. The shaping element (F) is constructed in several parts from at least two shaping element parts (4; 4A-4D), which each define at least part of the contact surface (FA) and which are used to remove the workpiece (W) provided with the arched structure from the tool (W). and/or are separable from each other before the structuring process.

Description

Die vorgeschlagene Lösung betrifft ein Werkzeug für eine Wölbstrukturierung eines Werkstücks.The proposed solution relates to a tool for arch structuring of a workpiece.

Werkstücke mit Wölbstruktur sind weithin bekannt. Beim Wölbstrukturieren werden beispielsweise viereckige oder sechseckige dreidimensionale Strukturen in dünnwandigen Materialien, wie zum Beispiel Bleche, eingebracht. Durch die mit der Wölbstrukturierung einhergehende erhöhte Steifigkeit lassen sich insbesondere erhebliche Gewichtsvorteile erzielen, da letztlich ein Bauteil gleicher Steifigkeit mit Wölbstruktur weniger massiv und damit leichter ausgebildet werden kann als ein Bauteil ohne Wölbstruktur. In manchen Fällen lassen sich bis zu 30% an Gewicht einsparen.Workpieces with a vault structure are well known. In vault structuring, for example, square or hexagonal three-dimensional structures are introduced into thin-walled materials such as sheet metal. Due to the increased rigidity associated with the vault structuring, significant weight advantages can be achieved in particular, since ultimately a component with the same rigidity with a vault structure can be made less massive and therefore lighter than a component without a vault structure. In some cases, weight savings of up to 30% can be achieved.

Die Verwendung von Bauteilen mit Wölbstruktur ist dabei insbesondere im Triebwerksbereich von Interesse. So lassen sich an verschiedenen Stellen Triebwerksbauteil mit Wölbstruktur gewichtsreduzierend einsetzen. Insbesondere mit Blick auf die im Triebwerksbereich vergleichsweise geringen Stückzahlen und die hier regelmäßig verwendeten achssymmetrischen und damit z.B. zylindrischen, bauchigen oder konischen Bauteile machen hierbei eine Wölbstrukturierung mit bisher bekannten Fertigungsverfahren und Werkzeugen vergleichsweise kostenintensiv.The use of components with a vault structure is of particular interest in the engine area. In this way, engine components with a bulging structure can be used at various points to reduce weight. Especially with a view to the comparatively small quantities in the engine area and the axisymmetric and thus e.g. cylindrical, bulbous or conical components used here regularly, vault structuring with previously known manufacturing processes and tools is comparatively expensive.

So sind beispielsweise aus der US 2017/100865 A1 und DE 41 22 128 A1 verschiedene Fertigungsverfahren und zugehörige Werkzeuge bekannt. Diese erscheinen aber insbesondere mit Blick auf die Anforderungen an die Bearbeitung eines Werkstücks, aus dem ein Triebwerksbauteil gebildet werden soll, allenfalls bedingt geeignet und konzentrieren sich insbesondere fast ausschließlich auf die Herstellung ebener/flacher strukturierter Bleche. Aus der EP 1 872 880 B1 und der DE 10 021 456 C2 sind Lösungen für die Einbringung von Wölbstrukturen in achssymmetrischen Bauteilen bekannt. Diese Lösungen bedienen jedoch Teilespektren mit hohen jährlichen Stückzahlen im Bereich mehrerer 10000 Teile, und sind im Bereich niedriger, luftfahrtüblicher Stückzahlen unwirtschaftlich.For example, from the U.S. 2017/100865 A1 and DE 41 22 128 A1 various manufacturing processes and associated tools are known. However, in particular with regard to the requirements for the processing of a workpiece from which an engine component is to be formed, these appear to be suitable at best to a limited extent and in particular concentrate almost exclusively on the production of flat/flat structured metal sheets. From the EP 1 872 880 B1 and the DE 10 021 456 C2 solutions for the introduction of vault structures in axisymmetric components are known. However, these solutions serve part spectrums with high annual quantities in the range of several 10,000 parts, and are uneconomical in the area of lower, aviation-typical quantities.

Vor diesem Hintergrund liegt der vorgeschlagenen Lösung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Möglichkeit zur Herstellung von Werkstücken mit Wölbstrukturierung und von mit solchen Werkstücken gebildeten Bauteilen bereitzustellen.Against this background, the proposed solution is based on the object of providing an improved possibility for the production of workpieces with vault structuring and of components formed with such workpieces.

Diese Aufgabe ist mit einem Werkzeug nach Anspruch 1 gelöst.This object is achieved with a tool according to claim 1.

Hierbei ist ein Werkzeug für eine Wölbstrukturierung eines Werkstücks vorgeschlagen, das neben mindestens einem Formgebungselement eine Krafterzeugungseinrichtung aufweist. Das mindestens eine Formgebungselement umfasst eine Anlagefläche für das Werkstück mit einer Vielzahl von Strukturierungsabschnitten für die Erzeugung einer Wölbstruktur an dem Werkstück. Über die Krafterzeugungseinrichtung ist das in dem Werkzeug angeordnete Werkstück während eines Strukturierungsprozesses mit einer Kraft beaufschlagbar, die das Werkstück zur Erzeugung der Wölbstruktur gegen die die Strukturierungsabschnitte aufweisende Anlagefläche drückt. Um ferner mit Blick auf Umrüstaufwand und Werkzeugkosten eine Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik zu erreichen, ist das Formgebungselement bei einem vorgeschlagenen Werkzeug mehrteilig (d.h., mindestens zweiteilig) aus mindestens zwei Formgebungselementteilen aufgebaut, die jeweils wenigstens einen Teil der Anlagefläche definieren und die zur Entnahme des mit der Wölbstruktur versehenen Werkstücks aus dem Werkzeug und/oder vor dem Strukturierungsprozess voneinander trennbar sind.In this context, a tool for arch structuring of a workpiece is proposed which, in addition to at least one shaping element, has a force-generating device. The at least one shaping element comprises a contact surface for the workpiece with a multiplicity of structuring sections for producing a curved structure on the workpiece. During a structuring process, the workpiece arranged in the tool can be subjected to a force via the force-generating device, which force presses the workpiece against the contact surface having the structuring sections in order to produce the arched structure. In order to achieve an improvement over the prior art with regard to retooling effort and tool costs, the shaping element in a proposed tool is constructed in several parts (i.e. at least two parts) from at least two shaping element parts, which each define at least part of the contact surface and are used for removal of the workpiece provided with the vault structure can be separated from the tool and/or before the structuring process.

Der Aufbau des für die Wölbstrukturierung zu nutzenden Werkzeugs lässt sich damit gegenüber bisher bekannten Werkzeugen erheblich vereinfachen. Darüber hinaus ist eine Nutzung eines derartigen Werkzeugs für achssymmetrische Werkstücke einfacher zu realisieren.The structure of the tool to be used for the vault structuring can thus be simplified considerably compared to previously known tools. In addition, it is easier to use such a tool for axisymmetric workpieces.

Ein vorgeschlagenes Werkzeug eignet sich dabei insbesondere für eine Wölbstrukturierung eines Werkstücks, das für die Bildung eines Triebwerksbauteils vorgesehen ist.A proposed tool is particularly suitable for camber structuring of a workpiece that is provided for the formation of an engine component.

In einer Ausführungsvariante umfasst das Formgebungselement mehrere um eine Mittelachse angeordnete Formgebungselementteile. Hierbei können die Formgebungselementteile während des Strukturierungsprozesses eine Anlagefläche definieren, die sich um die Mittelachse erstreckt. Hierbei ist es zunächst insbesondere unerheblich, ob das Werkstück mit einem mit der Wölbstruktur zu versehendem Abschnitt, bezogen auf die Mittelachse, mithilfe der Krafterzeugungseinrichtung radial nach außen oder radial nach innen gegen die Anlagefläche des Formgebungselements gedrückt wird. So schließt ein vorgeschlagenes Werkzeug insbesondere beide Optionen ein. Beispielsweise kann das Werkstück gegen ein zentral angeordnetes mehrteiliges Formgebungselement gedrückt werden, um die Wölbstruktur zu erzeugen. Zum anderen ist aber auch die Möglichkeit eingeschlossen, dass über das Formgebungselement eine Negativform definiert wird, gegen deren radial außenliegende Anlagefläche das Werkstück für die Wölbstrukturierung gedrückt wird.In one embodiment variant, the shaping element comprises a plurality of shaping element parts arranged around a central axis. Here, during the structuring process, the shaping element parts can define a contact surface that extends around the central axis. It is initially particularly irrelevant whether the workpiece with a section to be provided with the arched structure, relative to the central axis, is pressed radially outwards or radially inwards against the contact surface of the shaping element with the aid of the force generating device. In particular, a proposed tool includes both options. For example, the workpiece can be pressed against a centrally located multi-part forming element to create the arched structure. On the other hand, however, the possibility is also included that a negative mold is defined via the shaping element, against the radially outer contact surface of which the workpiece for the vault structuring is pressed.

Bei beiden vorstehend genannten Ausführungsvarianten kann ferner insbesondere vorgesehen sein, dass die Formgebungselementteile während des Strukturierungsprozesses eine Anlagefläche definieren, die sich umfangsseitig vollständig um die Mittelachse erstreckt. Derart lassen sich insbesondere achssymmetrische und/oder schalenförmige Werkstücke, insbesondere metallische Hohlkörper oder gewölbte Metallbleche ohne weiteres vollflächig mit einer Wölbstruktur versehen.In both of the above-mentioned variants can also be provided in particular hen be that the shaping element parts define a contact surface during the structuring process, which extends circumferentially completely around the central axis. In this way, in particular, axisymmetric and/or shell-shaped workpieces, in particular metallic hollow bodies or curved metal sheets, can easily be provided with a curved structure over the entire surface.

In einer Ausführungsvariante weist die Anlagefläche in einem Längsschnitt entlang der Mittelachse zwei voneinander weg gewölbte, bauchige Flächenabschnitte auf. Das Formgebungselement kann somit beispielsweise nussförmig mit bauchiger, umlaufender Anlagefläche oder als Negativform, bei der die umlaufende Anlagefläche eine konkave Kontur definiert, ausgebildet sein.In one embodiment variant, the contact surface has two bulbous surface sections curved away from one another in a longitudinal section along the central axis. The shaping element can thus be designed, for example, in the shape of a nut with a bulbous, circumferential contact surface or as a negative shape in which the circumferential contact surface defines a concave contour.

In einer Ausführungsvariante weist das Formgebungselement beispielsweise mehrere um ein zentrales Kernstück des Werkzeugs angeordnete Formgebungselementteile auf. Hierbei können die Formgebungselementteile beispielsweise als (Einzel-) Segmente ausgebildet sein, die während des Strukturierungsprozesses eine Anlagefläche definieren, die sich umfangsseitig vollständig um das Kernstück erstreckt. Das Kernstück stellt dabei beispielsweise eine zentrale Abstützung für die einzelnen Segmente bereit. Alternativ oder ergänzend kann über das Kernstück eine Zentrierung der mit den Formgebungselementteilen definierten Anlagefläche realisierbar sein.In one embodiment variant, the shaping element has, for example, a plurality of shaping element parts arranged around a central core piece of the tool. In this case, the shaping element parts can be designed, for example, as (individual) segments which, during the structuring process, define a contact surface which extends completely around the core piece on the peripheral side. The core provides, for example, a central support for the individual segments. Alternatively or additionally, centering of the contact surface defined with the shaping element parts can be realized via the core piece.

In einer Ausführungsvariante, insbesondere in einer Ausführungsvariante mit einem zentralen Kernstück, kann das Werkzeug einer Druckkammer aufweisen, innerhalb der sich das Formgebungselement befindet. Die Krafterzeugungseinrichtung kann dann ferner mindestens einen Druckerzeuger umfassen, über den innerhalb der Druckkammer, für die Erzeugung der Wölbstruktur, eine Druckkraft auf das an dem Formgebungselement angeordnete Werkstück erzeugbar ist. Während des Strukturierungsprozesses kann folglich das Werkstück über die erzeugte Druckkraft gegen die Anlagefläche des Formgebungselements gedrückt werden. Über die an der Anlagefläche vorgesehenen Strukturierungsabschnitte, beispielsweise in Form von Vertiefungen oder Auswölbungen, wird dann die Wölbstruktur an dem Werkstück ausgeformt. Über den mindestens einen Druckerzeuger kann hierbei ein bestimmtes Fluid in die Druckkammer eingespeist werden, beispielsweise Druckluft oder eine Hydraulikflüssigkeit.In an embodiment variant, in particular in an embodiment variant with a central core piece, the tool can have a pressure chamber within which the shaping element is located. The force-generating device can then also include at least one pressure generator, via which a compressive force can be generated on the workpiece arranged on the shaping element within the pressure chamber for the purpose of generating the arched structure. Consequently, during the structuring process, the workpiece can be pressed against the contact surface of the shaping element via the compressive force generated. The curved structure is then formed on the workpiece via the structuring sections provided on the contact surface, for example in the form of depressions or bulges. A specific fluid, for example compressed air or a hydraulic fluid, can be fed into the pressure chamber via the at least one pressure generator.

In einer Ausführungsvariante umfasst das Werkzeug mindestens ein elastisch verformbares und/oder elastisch expandierbares Gegenelement, über das ein mit der Wölbstruktur zu versehender Abschnitt des Werkstücks gegen die Anlagefläche des Formgebungselements drückbar ist. In einer solchen Ausführungsvariante wird folglich mindestens ein elastisch verformbar und/oder elastisch expandierbar ausgebildetes Gegenelement als Teil der Krafterzeugungseinrichtung vorgesehen, um unter Verformung und/oder Expansion des Gegenelements die für die Erzeugung der Wölbstruktur notwendige Kraft auf das Werkstück zu erzeugen.In one embodiment variant, the tool comprises at least one elastically deformable and/or elastically expandable counter-element, via which a section of the workpiece to be provided with the arched structure can be pressed against the contact surface of the shaping element. In such an embodiment variant, at least one counter-element designed to be elastically deformable and/or elastically expandable is provided as part of the force-generating device in order to generate the force required for generating the arched structure on the workpiece by deforming and/or expanding the counter-element.

Beispielsweise ist das mindestens eine Gegenelement, bezogen auf eine Mittelachse, radial nach außen in Richtung der Anlagefläche des Formgebungselements verformbar und/oder expandierbar und radial innen durch ein sich entlang der Mittelachse erstreckendes Führungsteil des Werkzeugs abgestützt. Während des Strukturierungsprozesses kann sich somit das elastisch verformbar und/oder elastisch expandierbar ausgebildete Gegenelement gegen das radial innenliegende Führungsteil abstützen. Das Führungsteil ist vor diesem Hintergrund zum Beispiel entsprechend steif ausgebildet.For example, the at least one counter-element can be deformed and/or expanded radially outwards in relation to a central axis in the direction of the contact surface of the shaping element and is supported radially inwards by a guide part of the tool extending along the central axis. During the structuring process, the counter-element designed to be elastically deformable and/or elastically expandable can thus be supported against the radially inner guide part. Against this background, the guide part is designed to be correspondingly stiff, for example.

Das Werkzeug kann für eine Verformung des mindestens einen Gegenelements in Richtung der Anlagefläche mindestens ein Verdrängerelement umfassen, das zwischen einer Ruheposition und einer Verdrängerposition verstellbar ist. Über das Verdrängerelement kann, unter Wirkung des in seiner Verdrängungsposition vorliegenden Verdrängerelements, wenigstens ein Abschnitt des Gegenelements in Richtung der Anlagefläche verformbar sein. Das Gegenelement ist hierbei beispielsweise folglich derart angeordnet und elastisch verformbar, dass in der Verdrängerposition des Verdrängerelements wenigstens ein Abschnitt des Gegenelements in Richtung der Anlagefläche gedrückt wird, um über den verformten Abschnitt des Gegenelements einen zu strukturierenden Abschnitt des Werkstücks gegen die Anlagefläche zu pressen. Das mindestens eine Verdrängerelement ist beispielsweise an einer Kopfplatte des Werkzeugs vorgesehen und kann damit unter einer aufgebrachten, zum Beispiel motorisch, hydraulisch oder pragmatisch aufgebrachten, Verstellkraft aus einer Ruheposition in eine Verdrängerposition verstellt werden, um das mindestens eine Gegenelement zu verformen. In der Ruheposition kann das Verdrängerelement beispielsweise auch ohne Krafteinwirkung auf das Gegenelement sein, sodass das Gegenelement entspannt ist.For a deformation of the at least one counter-element in the direction of the contact surface, the tool can comprise at least one displacement element, which can be adjusted between a rest position and a displacement position. At least one section of the counter-element can be deformable in the direction of the contact surface via the displacement element under the effect of the displacement element present in its displacement position. In this case, the counter-element is, for example, arranged and elastically deformable in such a way that in the displacement position of the displacement element, at least one section of the counter-element is pressed in the direction of the contact surface in order to press a section of the workpiece to be structured against the contact surface via the deformed section of the counter-element. The at least one displacement element is provided, for example, on a head plate of the tool and can thus be adjusted from a rest position into a displacement position under an applied adjustment force, for example motor, hydraulic or pragmatic, in order to deform the at least one counter-element. In the rest position, the displacement element can also be without any force acting on the counter-element, so that the counter-element is relaxed.

Die vorgeschlagene Lösung umfasst ferner auch ein Verfahren zur Herstellung einer Wölbstrukturierung an einem Werkstück, zum Beispiel eines Werkstücks, das zur Bildung eines Triebwerksbauteils vorgesehen ist, unter Nutzung eines vorgeschlagenen Werkzeugs. Im Rahmen des vorgeschlagenen Verfahrens kann somit ein mehrteiliges Formgebungselement des Werkzeugs zur Entnahme des mit der Wölbstruktur zu versehenden Werkstücks aus dem Werkzeug und/oder vor dem Strukturierungsprozess zerlegt werden. Mithin ist vorgesehen, dass das Formgebungselement bildende Formgebungselementteile des Werkzeugs voneinander getrennt werden.The proposed solution also includes a method for producing a camber structure on a workpiece, for example a workpiece intended to form an engine component, using a proposed tool. Within the scope of the proposed method, a multi-part shaping element of the tool can thus be dismantled in order to remove the workpiece to be provided with the arched structure from the tool and/or before the structuring process. Therefore it is provided hen that the shaping element forming shaping element parts of the tool are separated from each other.

Die beigefügten Figuren veranschaulichen exemplarisch mögliche Ausführungsvarianten der vorgeschlagenen Lösung.The attached figures illustrate exemplary possible embodiment variants of the proposed solution.

Hierbei zeigen:

1 in einer Längsschnittansicht eine erste Ausführungsvariante eines vorgeschlagenen Werkzeugs;
1A eine Querschnittsansicht entlang der Schnittlinie A-A der 1;
1B einen vergrößerten Ausschnitt entsprechend der Markierung B in der 1A;
2 in einer Längsschnittansicht eine zweite Ausführungsvariante eines vorgeschlagenen Werkzeugs, das in einer linken Bildhälfte mit einem entspannten elastisch verformbar Gegenelement und in einer rechten Bildhälfte mit dem unter Wirkung eines Verdrängerelements radial nach außen verformten Gegenelement dargestellt ist;
2A eine Querschnittsansicht entsprechend der Schnittlinie A-A der 2.

Here show:

1 in a longitudinal sectional view, a first embodiment of a proposed tool;
1A a cross-sectional view along line AA of FIG 1 ;
1B an enlarged section corresponding to the marking B in the 1A ;
2 in a longitudinal sectional view, a second embodiment variant of a proposed tool, which is shown in a left half of the picture with a relaxed, elastically deformable counter-element and in a right half of the picture with the counter-element deformed radially outwards under the action of a displacement element;
2A a cross-sectional view according to section line AA of FIG 2 .

Die 1, 1A und 1B zeigen in unterschiedlichen Ansichten eine erste Ausführungsvariante eines vorgeschlagenen Werkzeugs W für die Herstellung einer Wölbstruktur an einem Werkstück S, hier in Form eines achssymmetrischen, dünnwandigen Blechhohlkörpers oder eines gewölbten, insbesondere schalenförmigen Metallblechs. Das Werkzeug W ist zweiteilig mit einem Oberteil und einem Unterteil ausgeführt. Das Unterteil weist eine Grundplatte 2 auf, die eine Druckkammer 5 definiert. Das Oberteil weist eine Kopfplatte 1 auf, über die die Druckkammer 5 dichtend verschließbar ist. Eine dichtende Verbindung der Kopfplatte 1 an der Grundplatte 2 erfolgt dabei entsprechend der Querschnittsansicht der 1A über am Umfang des Werkzeugs W verteilt angeordnete Fixierungen 20, beispielsweise mithilfe von Schrauben oder Bolzen.the 1 , 1A and 1B show different views of a first variant of a proposed tool W for producing a curved structure on a workpiece S, here in the form of an axisymmetric, thin-walled hollow sheet metal body or a curved, in particular shell-shaped metal sheet. The tool W is designed in two parts with an upper part and a lower part. The base has a base plate 2 which defines a pressure chamber 5 . The upper part has a head plate 1 via which the pressure chamber 5 can be closed in a sealing manner. A sealing connection of the top plate 1 to the base plate 2 takes place in accordance with the cross-sectional view of FIG 1A via fixations 20 distributed around the circumference of the tool W, for example with the aid of screws or bolts.

Entlang einer Mittelachse M erstreckt sich innerhalb der Druckkammer 5 ein Kernstück 3, an dem mehrere Segmente 4 als Formgebungselementteile eines Formgebungselements F angeordnet sind. Das derart zentral angeordnete Formgebungselement F weist über die Segmente 4 im Längsschnitt der 1 eine bauchige Außenkontur auf und ist derart beispielsweise nussförmig ausgebildet. Eine umfangseitig umlaufende Anlagefläche FA des Formgebungselements F ist durch äußere Mantelflächen der Segmente 4 gebildet und weist eine Mehrzahl von Strukturierungsabschnitten in Form von konkaven Vertiefungen 40, 41, 42 entsprechend der vergrößerten Darstellung der 1B auf.A core piece 3 , on which a plurality of segments 4 are arranged as shaping element parts of a shaping element F, extends along a central axis M within the pressure chamber 5 . The so centrally arranged shaping element F has the segments 4 in longitudinal section 1 a bulbous outer contour and is designed in this way, for example, in the shape of a nut. A peripheral contact surface FA of the shaping element F is formed by outer lateral surfaces of the segments 4 and has a plurality of structuring sections in the form of concave depressions 40, 41, 42 according to the enlarged representation of FIG 1B on.

Ist das Werkzeug W mit der an der Grundplatte 2 fixierten Kopfplatte 1 bestimmungsgemäß verschlossen und damit die Druckkammer 5 abgedichtet, innerhalb derer sich das Werkstück W an dem vom Führungselement F befindet, wird über eine Krafterzeugungseinrichtung E mit einem Druckerzeuger 50 die Druckkammer 5 und damit das Werkstück S mit einem Druck P beaufschlagt. Über diesen in der Druckkammer 5 herrschenden Druck P wird dann das Werkstück S an seinem äußeren Umfang radial nach innen gegen die über die Segmente 4 gebildete Anlagefläche FA des Formgebungselements F gepresst. Über die an der Anlagefläche FA vorgesehenen Vertiefungen 40, 41, 42 entstehen hierbei dann an dem dünnwandigen Werkstück S die gewünschten Wölbstrukturen.If the tool W is closed as intended with the head plate 1 fixed to the base plate 2 and the pressure chamber 5 is thus sealed, within which the workpiece W is located on the guide element F, the pressure chamber 5 and thus the Workpiece S subjected to a pressure P. This pressure P prevailing in the pressure chamber 5 then presses the workpiece S radially inwards at its outer circumference against the contact surface FA of the shaping element F formed by the segments 4 . The desired curved structures then arise on the thin-walled workpiece S via the indentations 40, 41, 42 provided on the contact surface FA.

Die 2 und 2A zeigen eine weitere Ausführungsvariante eines vorgeschlagenen Werkzeugs W. Das Werkzeug W der 2 und 2A weist ebenfalls ein Unterteil mit einer Grundplatte 2 und ein Oberteil mit einer Kopfplatte 1 auf. An der Grundplatte 2 werden erste Formgebungselementteile in Form von unteren Backen 4A, 4B angeordnet. An dem Oberteil mit der Kopfplatte 1 sind zweite Formgebungselementteile in Form von oberen Backen 4C und 4D gehalten und/oder hieran federnd abgestützt. In einem geschlossenen Zustand des Werkzeugs B definieren die oberen und unteren Backen 4A bis 4D innerhalb des Werkzeugs W einen Verformungsraum, in dem zentral ein elastisch verformbares Gegenelement in Form eines Polyurethankissens an einem zylindrischen Führungsteil 8 abgestützt ist.the 2 and 2A show another embodiment of a proposed tool W. The tool W of 2 and 2A also has a lower part with a base plate 2 and an upper part with a top plate 1. On the base plate 2 first shaping element parts are arranged in the form of lower jaws 4A, 4B. Second shaping element parts in the form of upper jaws 4C and 4D are held on the upper part with the top plate 1 and/or resiliently supported thereon. In a closed state of the tool B, the upper and lower jaws 4A to 4D define a deformation space inside the tool W, in which an elastically deformable counter-element in the form of a polyurethane cushion is supported on a cylindrical guide part 8 centrally.

Dem Polyurethankissen 7 zugewandte Mantelflächen der oberen und unteren Backen 4A bis 4D weisen jeweils eine Mehrzahl von Strukturierungsabschnitten in Form von Vertiefungen 40, 41 und 42 auf. Im geschlossenen Zustand des Werkzeugs W definieren diese inneren Mantelflächen eine umfangsseitig um eine Mittelachse M, entlang der sich das Führungsteil 8 erstreckt, umlaufende Anlagefläche FA eines mit den oberen und unteren Backen 4A bis 4D gebildeten Formgebungselements F.The lateral surfaces of the upper and lower jaws 4A to 4D facing the polyurethane cushion 7 each have a plurality of structuring sections in the form of depressions 40, 41 and 42. In the closed state of the tool W, these inner lateral surfaces define a contact surface FA of a shaping element F formed with the upper and lower jaws 4A to 4D, which circumferentially runs around a central axis M, along which the guide part 8 extends.

An der Kopfplatte 1 des Werkzeugs W ist eine Halteplatte 10 fixiert, die mindestens ein Verdrängerelement in Form eines Dorns 100 trägt. Wird die Kopfplatte 1 unter Beaufschlagung mit einer Verstellkraft K beim Schließen des Werkzeugs W axial in Richtung der Grundplatte 2 verlagert, drückt der Dorn 100 auf das Polyurethankissen 7 und verformt das Polyurethankissen 7 wenigstens abschnittsweise elastisch. Insbesondere verdrängt der Dorn 100 axial Abschnitte des Polyurethankissens 7 und verformt das Polyurethankissen 7 radial nach außen. Befindet sich der Verdrängerdorn 100 entsprechend der linken Bildhälfte der 2 zunächst in einer Ruheposition, ist das Polyurethankissen 7 entspannt und zu der Anlagefläche FA der einzelnen Backen 4A bis 4D beabstandet. Wird der Verdrängerdorn 100 über die Verstellung der Kopfplatte 1 demgegenüber axial in Richtung der Grundplatte 2 in eine Verdrängerposition verlagert, drückt der Verdrängerdorn 100 gegen das Polyurethankissen 7. Derart wird das Polyurethankissen 7 ausgehend von seinem entspannten und mit dem Bezugszeichen 7' bezeichneten Zustand entsprechend der linken Bildhälfte der 2 elastisch entsprechend der rechten Bildhälfte der 2 verformt und radial nach außen in Richtung der Anlagefläche FA gepresst.A holding plate 10 is fixed to the head plate 1 of the tool W and carries at least one displacement element in the form of a mandrel 100 . If the head plate 1 is displaced axially in the direction of the base plate 2 under the action of an adjusting force K when the tool W is closed, the mandrel 100 presses on the polyurethane cushion 7 and elastically deforms the polyurethane cushion 7 at least in sections. In particular, the mandrel 100 axially displaces portions of the polyurethane cushion sens 7 and deforms the polyurethane cushion 7 radially outwards. Is the displacement mandrel 100 according to the left half of the 2 initially in a rest position, the polyurethane pad 7 is relaxed and spaced from the contact surface FA of the individual jaws 4A to 4D. If the displacer mandrel 100 is displaced axially in the direction of the base plate 2 into a displacer position by adjusting the head plate 1, the displacer mandrel 100 presses against the polyurethane cushion 7. In this way, the polyurethane cushion 7, starting from its relaxed state and designated by the reference numeral 7', is displaced according to left half of the picture 2 elastic according to the right half of the picture 2 deformed and pressed radially outwards in the direction of the contact surface FA.

Ein gewölbtes Werkstück S innerhalb des mit den Backen 4A bis 4D gebildeten Verformungsraumes in dem Werkzeug W wird somit unter Wirkung des elastisch verformten Polyurethankissens 7 mit einer Außenseite gegen die Anlagefläche FA mit den Vertiefungen 40, 41 und 42 gepresst und derart mit einer Wölbstruktur versehen.A curved workpiece S within the deformation space formed by the jaws 4A to 4D in the tool W is thus pressed under the action of the elastically deformed polyurethane cushion 7 with an outside against the contact surface FA with the depressions 40, 41 and 42 and is thus provided with a curved structure.

Zur Erleichterung der Entnahme des mit der Wölbstruktur versehenen Werkstücks S aus dem Werkzeug W können beispielsweise die oberen Backen 4C und 4D optional über Kulissen 64C oder 64D mit einer Bewegungskomponente radial nach außen verschieblich an dem oberen Teil des Werkzeugs W gelagert sein.To facilitate the removal of the workpiece S provided with the arched structure from the tool W, the upper jaws 4C and 4D can optionally be mounted on the upper part of the tool W via links 64C or 64D with a movement component so that they can be displaced radially outwards.

Beiden Ausführungsvarianten eines Werkzeugs W der 1 bis 1 B und 2 bis 2A ist jeweils gemein, dass das jeweilige Werkzeug W ein für die Wölbstrukturierung eines Werkstücks S vorgesehenes Formgebungselement F aufweist, das eine strukturierte Anlagefläche FA für die Erzeugung einer Wölbstruktur an dem Werkstück S aufweist und mehrteilig aufgebaut ist, zum Beispiel mit den Segmenten 4 oder den unteren und oberen backen 4A bis 4D. Insbesondere hierüber lässt sich das Werkzeug W vergleichsweise einfach umrüsten und bietet für achssymmetrische Werkstücke S, wie sie beispielsweise für Triebwerksbauteile von Vorteil sind, eine vergleichsweise wenig komplexe und kostengünstige Möglichkeit zur Herstellung einer Wölbstrukturierung. So sind die einzelnen Formgebungselementteile 4 oder 4A bis 4D für ein Rüsten des Werkzeugs W, aber auch für eine Entnahme des mit einer Wölbstruktur versehenen Werkstücks S voneinander trennbar und variierbar. Ferner ist das Werkzeug W vergleichsweise einfach handhabbar, was gerade bei geringeren Stückzahlen, wie sie im Triebwerksbereich üblich sind, von Vorteil ist.Both variants of a tool W of 1 until 1 B and 2 until 2A What they have in common is that the respective tool W has a shaping element F provided for the vault structuring of a workpiece S, which has a structured contact surface FA for producing a vault structure on the workpiece S and is constructed in several parts, for example with the segments 4 or the lower ones and upper jaws 4A through 4D. In this way in particular, the tool W can be retooled comparatively easily and offers a comparatively less complex and cost-effective possibility for producing a camber structuring for axisymmetric workpieces S, such as are advantageous for engine components, for example. Thus, the individual shaping element parts 4 or 4A to 4D can be separated and varied from one another for setting up the tool W, but also for removing the workpiece S provided with a curved structure. Furthermore, the tool W is comparatively easy to handle, which is advantageous precisely in the case of small quantities, as is customary in the engine sector.

Es versteht sich, dass die vorgeschlagene Lösung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist und verschiedene Modifikationen und Verbesserungen vorgenommen werden können, ohne von den hier beschriebenen Konzepten abzuweichen. Beliebige der Merkmale können separat oder in Kombination mit beliebigen anderen Merkmalen eingesetzt werden, sofern sie sich nicht gegenseitig ausschließen, und die Offenbarung erstreckt sich auf alle Kombinationen und Unterkombinationen eines oder mehrerer Merkmale, die hier beschrieben werden, und umfasst diese.It is understood that the proposed solution is not limited to the embodiments described above, and various modifications and improvements can be made without departing from the concepts described herein. Any of the features may be employed separately or in combination with any other feature, provided they are not mutually exclusive, and the disclosure extends to and encompasses all combinations and sub-combinations of one or more features described herein.

BezugszeichenlisteReference List

11: Kopfplatteheadstock
1010: HalteplatteRetaining plate
100100: Dorn (Verdrängerelement)mandrel (displacement element)
22: Grundplattebase plate
2020: Fixierungfixation
33: Kernstückcore
44: Segment (Formgebungselementteil)segment (forming element part)
40, 41, 4240, 41, 42: Vertiefung (Strukturierungsabschnitt)Deepening (structuring section)
4A, 4B4A, 4B: Untere Backe (Formgebungselementteil)Lower Jaw (Forming Element Part)
4C, 4D4C, 4D: Oberer Backe (Formgebungselementteil)Upper Jaw (Forming Element Part)
55: Druckkammerpressure chamber
5050: Druckerzeugerpressure generator
64A, 64B64A, 64B: Kulissebackdrop
77: Polyurethankissen (Elastisches Gegenelement)Polyurethane cushion (elastic counter-element)
88th: Führungsteilguide part
EE: Krafterzeugungseinrichtungpower generation device
Ff: Formgebungselementshaping element
FAFA: Anlageflächecontact surface
KK: Kraftpower
MM: Mittelachsecentral axis
SS: Werkstückworkpiece
WW: WerkzeugTool

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

US2017100865A1[0004]
DE 4122128 A1 [0004]
EP 1872880 B1 [0004]
DE 10021456 C2 [0004]

Claims

Tool for vault structuring of a workpiece (S), with - at least one shaping element (F) which has a contact surface (FA) for the workpiece (S) with a multiplicity of structuring sections (40, 41, 42) for producing a vault structure on the Workpiece (S) comprises, and - a force-generating device (E) via which a force can be applied to the workpiece (S) arranged in the tool (W) during a structuring process, which forces the workpiece (S) against the structuring sections to produce the arched structure (40, 41, 42) having a contact surface (FA), characterized in that the shaping element (F) is constructed in several parts from at least two shaping element parts (4; 4A-4D), which each define at least part of the contact surface (FA) and which can be separated from one another in order to remove the workpiece (W) provided with the vault structure from the tool (W) and/or before the structuring process.

tool after claim 1 , characterized in that the shaping element (F) comprises a plurality of shaping element parts (4) arranged around a central axis (M).

tool after claim 2 , characterized in that the shaping element parts (4) during the structuring process define a contact surface (FA) which extends circumferentially completely around the central axis (M).

tool after one of Claims 1 until 3 , characterized in that the contact surface (FA) in a longitudinal section along the central axis (M) has two bulbous surface sections curved away from one another.

Tool according to one of the preceding claims, characterized in that the shaping element (F) comprises a plurality of shaping element parts (4) arranged around a central core piece (3) of the tool (W).

tool after claim 5 , characterized in that the shaping element parts (4) arranged around the central core piece (3) are designed as individual segments which define a contact surface (FA) during the structuring process, which extend completely around the circumference of the core piece (3).

Tool according to one of the preceding claims, characterized in that the tool (K) has a pressure chamber (5) within which the shaping element (F) is located, and the force-generating device (E) comprises at least one pressure generator (50) via which of the pressure chamber (5), for the production of the arched structure, a compressive force can be generated on the workpiece (S) arranged on the shaping element (F).

tool after one of Claims 1 until 4 , characterized in that the force-generating device (E) comprises at least one elastically deformable and/or elastically expandable counter-element (7) via which a section of the workpiece (S) to be provided with the arched structure can be pressed against the contact surface (FA) of the shaping element (F) is pressable.

tool after claim 2 and claim 8 , characterized in that the at least one counter-element (7), relative to the center axis (M), can be deformed and/or expanded radially outwards in the direction of the contact surface (FA) and radially inwards by a guide part extending along the center axis (M). (8) of the tool (W) is supported.

tool after claim 8 or 9 , characterized in that the tool for deforming the at least one counter-element (7) in the direction of the contact surface (FA) comprises at least one displacement element (100) which can be adjusted between a rest position and a displacement position and via which, under the action of the in its Displacement position present displacement element (7), at least a portion of the counter-element (7) in the direction of the contact surface (FA) is deformable