DE10306161A1 - Einrichtung zum Innenhochdruckumformen von Werkstücken - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung (1) zum Innenhochdruckumformen von Werkstücken mit einem Innenhochdruckumformwerkzeug (2), das eine obere und eine untere Matrizenhälfte (3, 4) sowie Mittel zur Erzeugung eines fluidischen Innenhochdruckes innerhalb der geschlossenen Matrize beinhaltet, und mit einer Vorrichtung zum Aufbringen der Zuhaltekraft für das Innenhochdruckumformwerkzeug (2), welche Zuganker (8) beinhaltet, über die der Kraftflusskreis beim Umformvorgang aus öffnend wirksamem Innenhochdruck und entgegenwirkender Schließkraft innerhalb des Umformwerkzeuges (2) geschlossen ist. Die Zuganker (8) sind einenends mit einer Kopfplatte (9) verbunden, an der eine die obere Matrizenhälfte (3) tragende Trägerplatte (11) angebracht ist, und anderenends an einer Grundplatte (10) befestigt sind, an der die untere Matrizenhälfte (4) befestigt ist. Die Vorrichtung weist zudem eine Hochdruckquelle auf, über deren Hochdruck die Hälften (3, 4) der geschlossenen Matrize während des Innenhochdruckumformvorgangs aneinander anpressbar sind. Um in einfacher Weise einen wirtschaftlichen Innenhochdruckumformprozess zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, dass die Trägerplatte (11) relativ zur Kopfplatte (9) hubbeweglich verfahrbar ist und dass die Vorrichtung ein Abstützmittel aufweist, das in den im Schließzustand der Matrize zwischen der abgesenkten Trägerplatte (11) und der Kopfplatte (9) entstehenden Zwischenraum (20) verschiebbar ist und die beiden Platten (9,11) während des ...

Description

• Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Innenhochdruckumformen von Werkstücken gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
• Eine gattungsgemäße Einrichtung ist aus der DE 196 14 243 C1 bekannt. Darin ist eine Einrichtung beschrieben, bei der eine Kopfplatte und eine Grundplatte durch Führungssäulen miteinander verbunden sind. Während diese an ihrem unteren Ende in der Grundplatte verankert sind, durchsetzen sie mit ihrem oberen Ende derart die Kopfplatte, dass diese vertikal an den Führungsstangen verschiebbar ist. Des weiteren sind an der Unterseite der Grundplatte Hubzylinder angeordnet, mittels derer die Kopfplatte über an dieser befestigte Schubstangen in vertikaler Richtung antreibbar sind. Die Führungssäulen sollen bewirken, dass die Hub- bzw. Senkbewegung der Kopfplatte beim Öffnen und Schließen des Umformwerkzeuges rein in vertikaler Richtung erfolgt, so dass auf die Hubzylinder keine Querkräfte einwirken. Das Innenhochdruckumformwerkzeug, an dem die obere Matrizenhälfte einen Teil darstellt, ist von als Zuganker dienenden Kolbenstangen durchdrungen, welche mittels Hydraulikzylinder unter Ausbildung einer Zugkraft antreibbar sind. Hierbei kann ein dem innerhalb des Innenhochdruckumformwerkzeuges herrschenden Innenhochdruck entsprechender Hochdruck aufgebracht werden, so dass die beiden Matrizenhälften entgegen der auf spreizenden Wirkung des Innenhochdruckes aneinander angepresst bleiben. Eine aufwendige Presse, wie sie bei bis dahin bekannten Vorrichtungen zum In nenhochdruckumformen üblich war, entfällt dabei. Die Hydraulikzylinder der erwähnten aktiv arbeitenden Zuganker erfordern jedoch einen hohen Volumenstrom beim Öffnen des Umformwerkzeuges. Des weiteren ist der Schließvorgang aufgrund der Verschiebung einer Schließplatte sehr komplex, wobei zusätzlich die in ihr vorhandenen Nuten, die die Kolbenstangen der Zuganker durchragen, keine vollflächige und gleichmäßige Anpressung an der oberen Matrizenhälfte ermöglichen. Durch die zwingend erforderliche Handhabung der Schließplatte ergeben sich auch längere Prozesszeiten, die das Umformverfahren unwirtschaftlich machen. Weiterhin ist die Umrüstung des Umformwerkzeuges schwierig, da die Kolbenstangen das Werkzeug durchsetzen. Außerdem sind für unterschiedliche Werkzeuge auch unterschiedliche Kolbenstangen zu fertigen, was zu einem erheblichen Aufbauaufwand und -invest führt.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Einrichtung dahingehend weiterzubilden, dass in einfacher Weise ein wirtschaftlicher Innenhochdruckumformprozess ermöglicht wird.
• Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
• Dank der Erfindung entfallen aktiv arbeitende Zuganker mit Hydraulikzylindern und Kolbenstangen ebenso wie die Schließplatte. Aufgrund dessen, dass die Trägerplatte zur Kopfplatte in Hubrichtung relativ verfahrbar ist, erfordert es lediglich eines Abstützmittels, das in Schließposition des Umformwerkzeuges, also wenn die obere Matrizenhälfte auf der unteren zu liegen kommt, in den Zwischenraum zwischen der Oberseite der Trägerplatte und der Kopfplatte hineingeschoben wird und dabei den Abstand zwischen Trägerplatte und Kopfplatte überbrückt. Dabei darf sich natürlich der Abstand nicht verändern, da sich sonst das Umformwerkzeug infolge des ihn aufspreizenden Innenhochdruckes öffnet. Das Abstützmittel muss daher zwangsläufig derart ausgebildet sein, dass es während des gesamten Umformprozesses dem Innenhochdruck unnachgiebig entgegenwirkt, wodurch der sich in der Schließposition ergebende Abstand gewahrt bleibt. In Abstützlage ist es geboten, dass das Abstützmittel möglichst vollflächig die das Umformwerkzeug abdeckende Fläche der Trägerplatte beaufschlagt, um eine ausreichend gute Anpressung der Trägerplatte auf der oberen Matrizenhälfte und somit der beiden Matrizenhälften zu erreichen.
• Da die Zuganker nicht mehr das Umformwerkzeug durchdringen müssen, sondern dieses umgeben, ist sowohl die Ausbildung der Zuganker als auch die des Umformwerkzeuges vereinfacht und voneinander unabhängig. Somit kann das Umformwerkzeug umgerüstet oder auch repariert werden, ohne dass auch eine entsprechende Anpassung der Zugankergestaltung notwendig wäre. Durch den Wegfall der Schließplatte und einer bei aktiv wirkenden Zugankern erforderlichen Drucksteuerung und Fluidzufuhr vereinfacht sich nicht nur die Einrichtung sondern auch die Kinematik der beim Öffnen und Schließen des Umformwerkzeuges zu bewegenden Einrichtungsteile, so dass die Prozesszeiten verkürzt und der apparative und finanzielle Aufwand für den Innenhochdruckumformprozess erheblich reduziert wird, wodurch dieser für Werkstücke aller Art eine hohe Wirtschaftlichkeit erlangt.
• Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteransprüchen entnommen werden; im übrigen ist die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles nachfolgend näher erläutert; dabei zeigt:
• 1 in einer perspektivischen Ansicht eine erfindungsgemäße Einrichtung in Öffnungsstellung des Umformwerkzeuges,
• 2 in einer perspektivischen Ansicht die Einrichtung aus 1 in Schließstellung des Umformwerkzeuges.
• In 1 ist eine Einrichtung 1 zum Innenhochdruckumformen von Werkstücken dargestellt, welche ein Innenhochdruckumformwerkzeug 2 umfasst, das eine obere Matrizenhälfte 3 und eine untere Matrizenhälfte 4 beinhaltet, deren Hohlraum 5 die gemeinsame Gravur bilden. Das Umformwerkzeug 2 weist Mittel zur Erzeugung eines fluidischen Innenhochdruckes innerhalb der geschlossenen Matrize sowie durch Hydraulikzylinder 6 verfahrbare Axialstempel 7 auf, mittels letzteren das eingelegte Werkstück abgedichtet und während der Umformung gegebenenfalls Hohlprofilmaterial von den Hohlprofilenden her in die Gravur hinein nachgeschoben wird. Die Stempel 7 sind hier schräg nach oben weisend angeordnet. Des weiteren umfasst die Einrichtung eine Vorrichtung zum Aufbringen der Zuhaltekraft für das Innenhochdruckumformwerkzeug 2. Diese Vorrichtung besitzt säulenartige Zuganker 8, über die der Kraftflusskreis beim Umformvorgang aus öffnend wirksamem Innenhochdruck und entgegenwirkender Schließkraft innerhalb des Umformwerkzeuges 2 geschlossen ist. Die Zuganker 8 sind einenends mit einer Kopfplatte 9 der Vorrichtung fest verbunden und anderenends an einer Grundplatte 10 der Vorrichtung befestigt, an welcher Grundplatte 10 die untere Matrizenhälfte 4 angebracht ist. Somit sind die Zuganker 8 feststehend angeordnet und die Kopfplatte 9 fest positioniert. Als Variante dazu können die Zugankerenden in der Kopfplatte 9 und der Grundplatte 10 schwimmend gelagert sein, so dass in den Zugankern 8 keine Biegekräfte auftreten, die die Haltbarkeit der Zuganker 8 beeinträchtigen. Dies vereinfacht den Aufbau und die Steuerung der Einrichtung 1 und minimiert den Verschleiß der Vorrichtung gegenüber einer Variante, bei der sich die Zuganker 8 und die Kopfplatte 9 in Hubrichtung bewegen. Des weiteren ist die Zugaufnahme während der Innenhochdruckumformung durch den starren oder schwimmenden Aufbau der Zuganker 8 und der Kopfplatte 9 einfach und prozesssicher. Die Zuganker 8 umgeben dabei das Umformwerkzeug 2, so dass durch den entstehenden großzügigen Eingriffsraum eine besonders gute Zugänglichkeit zum Werkzeug 2 insbesondere für das ungehinderte Handling des Werkstückes beim Einlegen und Entnehmen in bzw. aus der Gravur des Werkzeuges 2 erzielt wird.
• Unterhalb der Kopfplatte 9 ist eine Trägerplatte 11 mit randseitigen Durchgangsöffnungen angeordnet, welche von den Zugankern 8 mit geringem Spiel durchragt werden, wodurch die Trägerplatte 11 an den Zugankern 8 entlang hubbeweglich geführt ist. An der Unterseite 12 der Trägerplatte 11 ist die obere Matrizenhälfte 3 des Umformwerkzeuges 2 befestigt. Die Trägerplatte 11 ist somit relativ zur Kopfplatte 9 hubbeweglich verfahrbar. Obwohl die Trägerplatte 11 von einem extern der Vorrichtung zum Aufbringen der Zuhaltekraft angeordneten beispielsweise kranartigen Manipulator oder von einem externen Hydraulikzylinder – über Führungsstangen verbunden – gehoben und gesenkt werden kann, ist es hinsichtlich der Bauraumersparnis vorteilhaft, wenn das Heben und Senken der Trägerplatte 11 von der Vorrichtung selbst aus erfolgt. Dazu beinhaltet die Einrichtung 1 einen ersten Hydraulikzylinder 13, der an der Oberseite 14 der kreisrunden Kopfplatte 9 zentrisch befestigt ist und in dem eine Kolbenstange 15 geführt ist. Deren aus dem Zylinder ragendes Ende 16 ist mit der Trägerplatte 11 über an dieser randseitig befestigte Führungsstangen 17 verbunden, so dass diese hubbeweglich verfahrbar ist. Zur gleichmäßigen Belastung des Hydraulikzylinders 13 und um keine Verkantung in der Hubbewegung zu erhalten, sind am Ende 16 der Kolbenstange 15 mehrere (hier: drei) horizontal abragende Tragearme 18 angeordnet, welche bezüglich des mittigen Kolbenstangenendes 16 in Umfangsrichtung zueinander symmetrisch versetzt (hier: um 120°) sind und an ihren freien Enden 19 die vertikal verlaufenden Führungsstangen 17 tragen. Anstelle der Tragarme 18 können auch Seilzüge und dgl. deren Funktion übernehmen.
• Die Vorrichtung ist des weiteren mit einer Hochdruckquelle gekoppelt, über deren Hochdruck die Hälften 3, 4 der geschlossenen Matrize während des Innenhochdruckumformvorgangs aneinander anpressbar sind und ohne deren Einfluss die Matrizen hälften 3, 4 in der Schließlage ohne Gegenwirkung auseinanderdriften würden. Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung ein Abstützmittel auf, das in den im Schließzustand der Matrize (2) zwischen der abgesenkten Trägerplatte 11 und der Kopfplatte 9 entstehenden Zwischenraum 20 einschiebbar ist und die beiden Platten 11 und 9 während des Umformvorgangs unter Wahrung des Abstandes zwischen diesen gegeneinander abstützt. In einfacher Weise wird das Abstützmittel durch einen zweiten nach dem Plungerprinzip arbeitenden Hydraulikzylinder 21 gebildet, der an die Hochdruckquelle angeschlossen ist.
• Zur einfachen Handhabung des Hydraulikzylinders 21 ist in die Einrichtung 1 eine Handlingvorrichtung 22 integriert, die extern der Vorrichtung zum Aufbringen der Zuhaltekraft und des Umformwerkzeuges 2 positioniert ist, wobei an der Handlingvorrichtung 22 das Abstützmittel, also der Hydraulikzylinder 21, vertikal und über einen Führungsarm 23 horizontal gemäß den gezeigten Doppelpfeilen verfahrbar gehalten ist. Die Handlingvorrichtung 22 ist zum Positionswechsel mit Fahrmitteln 24 ausgestattet, die Rollen oder Kufen sein können. Damit ist die Handlingvorrichtung 22 entweder über Rollen variabel oder mittels der Kufen in Zusammenwirkung mit einem Schienensystem zwangsgeführt transportierbar, so dass die Vorrichtung gemeinsam mit dem zweiten Hydraulikzylinder 21 an unterschiedlichen Arbeitsstationen einsetzbar ist. Im übrigen kann die Handlingvorrichtung 22 auch mehrere Führungsarme 23 zur Handhabung zweier oder mehr Hydraulikzylinder 21 besitzen, so dass eine einzige Vorrichtung 22 bei mehreren umstehenden Arbeitsstationen, die jeweils ein Innenhochdruckumformwerkzeug 2 und eine Vorrichtung zum Aufbringen der Zuhaltekraft umfassen, gleichzeitig einsetzbar ist. Gegebenenfalls ist es auch erforderlich, in den Zwischenraum 20 zwischen den beiden Platten 11 und 9 mehr als einen Hydraulikzylinder 21 einzuschieben.
• Nach Absenken der Trägerplatte 11 wird also der Hydraulikzylinder 21 in den Zwischenraum 20 mit Spiel geschoben, wonach dieser in seiner eingeschobenen Lage mit einem Fluiddruck von innen beaufschlagt wird. Dadurch wird ein Stempel des Zylinders 21 ausgefahren, der das bis dahin noch vorhandene Spiel überbrückt. Gleichzeitig wird das in das Umformwerkzeug 2 eingelegte Werkstück unter Innenhochdruck gesetzt, wobei gleichzeitig der Fluiddruck auf den Stempel entsprechend steigt, um ein unerwünschtes Öffnen des unter dem Innenhochdruck auseinanderstrebenden Umformwerkzeuges 2 zu verhindern. Hierbei bildet der Hydraulikzylinder 21 als Abstützmittel das Bindeglied im bis zur Einnahme der Schiebelage offenen Kraftflusskreis von Kraftausübung und Kraftaufnahme. Nach abgeschlossener Umformung des Werkstückes und Entspannung des Innenhochdruckes wird auch der Druck des zweiten Hydraulikzylinders 21 entspannt, wonach dessen Stempel in seine Nichtgebrauchslage einfährt. Anschließend wird der Hydraulikzylinder 21 mittels der Handlingvorrichtung 22 aus dem Zwischenraum 20 gezogen und die Trägerplatte 11 mittels des ersten Hydraulikzylinders 13 angehoben, so dass das fertig geformte Werkstück entnommen und die Gravur des Umformwerkzeuges 2 mit einem nächsten Werkstückrohling belegt werden kann. Diese Abfolge der Arbeitsschritte der Einrichtung 1 kann durch ihre Einfachheit sehr schnell erfolgen, was zu sehr kurzen Taktzeiten des gesamten Herstellungsprozesses ohne Qualitätseinbußen am fertigen Werkstück führt.
• Die Hochdruckquelle kann separat zum Mittel zur Erzeugung des Innenhochdruckes angeordnet sein, wobei deren ausgeübter Druck größer ist als der Innenhochdruck, so dass die Werkzeughälften 3, 4 während der Umformung aneinandergepresst bleiben.
• Des weiteren ist es verfahrensökonomisch günstig, wenn die Hochdruckquelle des zweiten Hydraulikzylinders 21 auch gleichzeitig das Mittel zur Erzeugung des fluidischen Innenhochdruckes bildet, wodurch zusätzlich unter apparativer Vereinfachung eine separate Drucksteuerung für den Hydraulikzylinder 21 entfällt. Der Innenhochdruck entspricht dabei dem vom Abstützmittel aufgebrachten Zuhaltedruck, wobei die Wirkfläche des Abstützmittels größer ist als die projizierte Bauteilfläche des zu verformenden Werkstücks. Auch dies garantiert die Anlage der Werkzeughälften 3, 4 während der Umformung.

Claims (12)

1. Einrichtung zum Innenhochdruckumformen von Werkstücken mit einem Innenhochdruckumformwerkzeug, das eine obere und eine untere Matrizenhälfte sowie Mittel zur Erzeugung eines fluidischen Innenhochdruckes innerhalb der geschlossenen Matrize beinhaltet, und mit einer Vorrichtung zum Aufbringen der Zuhaltekraft für das Innenhochdruckumformwerkzeug, welche Zuganker beinhaltet, über die der Kraftflusskreis beim Umformvorgang aus öffnend wirksamem Innenhochdruck und entgegenwirkender Schließkraft innerhalb des Umformwerkzeuges geschlossen ist, wobei die Zuganker einenends mit einer Kopfplatte verbunden sind, an der eine die obere Matrizenhälfte tragende Trägerplatte angebracht ist, und anderenends an einer Grundplatte befestigt sind, an der die untere Matrizenhälfte befestigt ist, und welche Vorrichtung eine Hochdruckquelle aufweist, über deren Hochdruck die Hälften der geschlossenen Matrize während des Innenhochdruckumformvorgangs aneinander anpressbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte (11) relativ zur Kopfplatte (9) hubbeweglich verfahrbar ist und dass die Vorrichtung ein Abstützmittel aufweist, das in den im Schließzustand der Matrize zwischen der abgesenkten Trägerplatte (11) und der Kopfplatte (9) entstehenden Zwischenraum (20) einschiebbar ist und die beiden Platten (9, 11) während des Umformvorgangs unter Wahrung des Abstandes zwischen diesen gegeneinander abstützt.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuganker (8) feststehend angeordnet oder bei Beibehaltung ihrer axialen Lage schwimmend gelagert sind.
3. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopfplatte (9) fest positioniert ist.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (1) einen ersten Hydraulikzylinder (13) beinhaltet, der mit der Trägerplatte (11) über Führungsstangen (17) verbunden ist und mittels dessen die Trägerplatte (11) hubbeweglich verfahrbar ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Hydraulikzylinder (13) an der Oberseite (14) der Kopfplatte (9) befestigt ist.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Hydraulikzylinder (13) eine Kolbenstange (15) besitzt, die an ihrem aus dem Zylinder (13) ragenden Ende (16) mehrere horizontal abragende Tragearme (18) aufweist, welche bezüglich des mittigen Kolbenstangenendes (16) in Umfangsrichtung zueinander symmetrisch versetzt angeordnet sind und an ihren freien Enden (19) die vertikal verlaufenden Führungsstangen (17) tragen.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstützmittel ein zweiter Hydraulikzylinder (21) ist, der an die Hochdruckquelle angeschlossen ist.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckquelle das Mittel zur Erzeugung des fluidischen Innenhochdruckes ist.
9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenhochdruck dem vom Abstützmittel aufgebrachten Zuhaltedruck entspricht, wobei die Wirkfläche des Abstützmittels größer ist als die projizierte Bauteilfläche des zu verformenden Werkstücks.
10. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckquelle separat zum Mittel zur Erzeugung des fluidischen Innenhochdruckes angeordnet ist und dass der von der Hochdruckquelle aufgebrachte Druck größer ist als der Innenhochdruck.
11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (1) eine Handlingvorrichtung (22) beinhaltet, die extern der Vorrichtung zum Aufbringen der Zuhaltekraft und des Umformwerkzeuges (2) positioniert ist, wobei an der Handlingvorrichtung (22) das Abstützmittel verfahrbar gehalten ist.
12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Handlingvorrichtung (22) zum Positionswechsel mit Fahrmitteln (24) ausgestattet ist.