DE10328454B3 - Vorrichtung zum Lochen von Werkstücken in einem Innenhochdruckumformwerkzeug - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Lochen von Werkstücken in einem Innenhochdruckumformwerkzeug, wobei die Vorrichtung einen Lochstempel (4) umfasst, der in einer Bohrung (3) des Umformwerkzeuges verschieblich geführt ist. Die Vorrichtung beinhaltet des Weiteren einen Antrieb, mittels dessen der Lochstempel (4) zwischen einer Gebrauchsstellung und einer Nicht-Gebrauchsstellung hin und her verfahrbar ist. Um in einfacher und bauraumsparender Weise ein Lochen von Werkstücken im Innenhochdruckumformwerkzeug zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, dass der Antrieb ein Druckfluid und einen Druckübertragungskörper (15) beinhaltet, der mittels des Druckfluids zwischen einer werkzeugfesten Grundfläche (22) und einem Stempelkopf (11) des Lochstempels (4) elastisch aufweitbar ist, wobei der Druckübertragungskörper (15) mit einer Wandung (16) zumindest mittelbar am Stempelkopf (11) anliegt.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Lochen von Werkstücken in einem Innenhochdruckumformwerkzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
• Eine gattungsgemäße Vorrichtung ist aus der US 5,398,533 A bekannt. Die dort beschriebene Vorrichtung beinhaltet einen Lochstempel, der in das Innenhochdruckumformwerkzeug integriert ist. Der in seiner Bohrung hin und her verfahrbare Lochstempel stützt sich rückseitig an einer keilförmigen Fläche eines manuell oder motorisch antreibbaren, quer zur Bewegungsrichtung des Lochstempels verfahrbaren Schiebers ab. Um den Lochstempel in seiner Bohrung zu bewegen, muss der Schieber ständig hin und her verfahren werden, wobei der Lochstempel entlang der Keilfläche des Schiebers auf- und abfährt. Insbesondere aufgrund des über den Lochstempel auf den Schieber wirkenden Innenhochdruckes, der im zu lochenden Hohlprofil herrscht, verschleißen im Laufe der Benutzung des Lochstempels und des Schiebers die aneinanderreibenden Gleitflächen der Rückseite des Lochstempels und der Keilfläche des Schiebers relativ schnell. Weiterhin ist die Ansprechzeit des Schiebers für seinen Verfahrweg beträchtlich lang, was den schnellen Ablauf des Lochprozesses und damit einen zügigen Herstellungsvorgang des zu lochenden Hohlprofiles behindert.
• Des weiteren muss für die Platzierung des Schiebers ein erheblicher Bauraum für das Umformwerkzeug vorgesehen sein, der jedoch oftmals aufgrund knapp bemessener Räumlichkeiten im Werkzeug und/oder bei komplexen Verläufen der Werkstückform nicht zur Verfügung steht.
• Heutzutage wird in aller Regel für den Antrieb des Lochstempels ein Hydraulikzylinder verwendet, wie er beispielsweise aus der DE 197 52 171 A1 entnehmbar ist. Diese sehr kostenintensiven Hydraulikzylinder werden in das Umformwerkzeug eingebaut, wobei dafür entsprechende Ausnehmungen geschaffen werden müssen, was einen großen Zerspanaufwand mit sich zieht. Diese Aussparungen jedoch führen zu einer erheblichen Schwächung der Stabilität des ansonsten massiven Umformwerkzeuges. Aufgrund der, durch den Innenhochdruck hervorgerufenen hohen Spannungen im Umformwerkzeug können solche Schwächungen zu einer Zerstörung des Werkzeuges führen. Weiterhin setzt der Einsatz von Hydraulikzylindern eine entsprechende aufwendige Steuerungstechnik voraus.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung dahingehend weiterzubilden, dass in einfacher und bauraumsparender Weise ein Lochen von Werkstücken im Innenhochdruckumformwerkzeug ermöglicht wird.
• Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
• Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung des Antriebes für den Lochstempel in Form eines Druckübertragungskörpers und eines Druckfluides, wobei der Druckübertragungskörper mittels des Druckfluides elastisch aufweitbar ist, kann der Antrieb denkbar kleinvolumig gebaut werden. Hierbei ist für die Betätigung des Lochstempels lediglich eine elastische Delokation einer Wandung des Druckübertragungskörpers notwendig, welche sich mit dem Stempelkopf in Wirkkontakt befindet. Insbesondere in Nicht-Gebrauchsstellung nimmt der Druckübertragungskörper kaum Platz im Umformwerkzeug ein. Zudem kann das den Druckübertragungskörper beaufschlagende Druckfluid diesem über kanalartige Leitungen zugeführt werden, die willkürlich je nach Wunsch und konstruktiven Werkzeugbedingungen im Umformwerkzeug ausgebildet werden können, wobei diese Leitungen nur einen sehr geringen Platz beanspruchen. Ein elastischer Druckübertragungskörper ist in einfacher Weise herzustellen und im Umformwerkzeug am Lochstempel zu platzieren, währenddessen die für das Druckfluid erforderlichen Leitungen ohne großen Aufwand in das Umformwerkzeug eingearbeitet werden können. In den apparativen Aufwand reduzierender und verfahrensökonomischer Weise kann ein einziges Druckfluid über eine Hauptleitung gleichzeitig mehrere im Umformwerkzeug angeordnete Lochstempel über die jeweils angeordneten Druckübertragungskörper gleichzeitig betätigen. Des Weiteren ist es aufgrund der geringen Abmessungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich, Werkstücke auch an Stellen zu lochen, die ansonsten nur schwer oder überhaupt nicht zugänglich sind. Infolge des geringen Platzbedarfes für die erfindungsgemäße Vorrichtung sind auch die vorzusehenden Ausnehmungen für die Anordnung der Vorrichtung klein, so dass insgesamt das Umformwerkzeug in seiner Massivheit nur gering geschwächt wird. Dadurch können die innenhochdruckinduzierten Spannungen, die sich während eines Umformvorganges im Werkzeug ausbilden, völlig schadensfrei von dem Umformwerkzeug aufgefangen werden. Weiterhin können aufgrund der bzgl. Hydraulikzylindern und Schiebern kleinen Dimensionierung der maximalen erforderlichen Abmaße des Druckübertragungskörpers mehr Lochstempel in das Umformwerkzeug integriert werden, da der axiale Abstand der Lochstempel lediglich von der Abmessung der konstruktiven Gestaltung der Lochstempel abhängt. Durch die da bei gewonnenen zusätzlichen Lochungsmöglichkeiten wird in vorteilhafter Weise die Vielfalt der herstellbaren Werkstücke erweitert.
• In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 2 weist der Lochstempel eine Druckfeder auf, die sich einerseits an der Unterseite des Stempelkopfes und andererseits am Absatz einer ersten stufigen Erweiterung der Bohrung abstützt. Zwar ist es gemäß der Erfindung prinzipiell denkbar, dass der Druckübertragungskörper über seine Wandung mit dem Stempelkopf derart verbunden ist, dass der Lochstempel je nach Fluiddruck durch Aufweitung oder Kontraktion des Druckübertragungskörpers angehoben oder gesenkt wird. Hierbei ist jedoch nicht immer sichergestellt, dass der Lochstempel in Nichtgebrauchslage mit seiner stanzenden Stirnseite stets bündig mit der Gravur des Umformwerkzeuges abschließt. Unter Umständen können sich dabei am Werkstück unerwünschte Abdrücke oder Ausbeulungen ergeben. Um eine definierte Nichtgebrauchslage einzunehmen, die den bündigen Abschluss der Stirnfläche des Lochstempels mit der Gravur sicherstellt, ist die besagte Druckfeder am Lochstempel angeordnet, welche diesen, wie vorgesehen, zurückstellt. Der Stempelkopf stützt sich dann am Druckübertragungskörper ab, welcher in Nicht-Gebrauchsstellung eine definierte Position im Umformwerkzeug einnimmt. Um die erwähnte Bündigkeit zu garantieren, ist die Vorspannung der Druckfeder entsprechend einzustellen.
• In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gemäß Anspruch 3 sind der Stempelkopf und der Druckübertragungskörper innerhalb einer zweiten stufigen Erweiterung der Bohrung angeordnet. Diese Anordnung rührt von der zumindest mittelbaren Beaufschlagung des Druckübertragungskörpers am Stempelkopf her. Durch die Ausbildung einer zweiten stufigen Erweiterung erhält der Lochstempel eine definierte Position in Gebrauchslage, da er sich mit seiner Unterseite an dem Absatz der Erweiterungsstufe abstützen kann. Um zu vermeiden, dass der Druckübertragungskörper durch das Druckfluid seitlich am Stempelkopf vorbei extrudieren kann, sollte der Durchmesser des Stempelkopfes und der Durchmesser der Erweiterung aufeinander derart abgestimmt sein, dass der Stempelkopf in der Erweiterung ein entsprechend reduziertes Spiel aufweist.
• In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung gemäß Anspruch 4 wird die zweite stufige Erweiterung durch einen Kanal geschnitten, der quer zur Erweiterung verläuft und in dem sich der Druckübertragungskörper erstreckt. Durch die Einbringung eines Kanals kann zum einen der Druckübertragungskörper in einfacher Weise bei der Rüstung des Umformwerkzeuges an seinen richtigen Bestimmungsort zugeführt werden und zum anderen das Druckfluid ohne separate Ausbildung eines Zusatzkanals gleichzeitig über den besagten Kanal dem Druckübertragungskörper zugeleitet werden. Des Weiteren bietet der quer zur Erweiterung verlaufende Kanal Stütz- und/oder Anbringungsflächen für den Druckübertragungskörper, so dass er nach Einbau immer in der für ihn vorgeschriebenen Lage gehalten ist. Weiterhin kann der Druckübertragungskörper über den Kanal in einfacher Weise ausgewechselt werden, wenn eine Umrüstung, beispielsweise aufgrund von Verschleißerscheinungen am Druckübertragungskörper, erforderlich erscheint. Über diesen Kanal, der nicht zwangsläufig geradlinig verlaufen muss, sondern durchaus auch seitlich gebogene Abschnitte und/oder Höhenversätze im Umformwerkzeug aufweisen kann, können in bauraumsparender Weise und mit geringem Aufwand mehrere Lochstationen im Umformwerkzeug mittels dem jeweiligen Druckübertragungskörper bestückt werden. Diese können dabei nahezu beliebig im Umformwerkzeug angeordnet werden.
• Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung stellt der Inhalt von Anspruch 5 dar. Dabei ist die Grundfläche von einer Abschlussplatte gebildet, die am Umformwerkzeug befestigt ist und den Kanal und/oder die Erweiterung nach außen abdeckt. Aufgrund der an einer seiner Längsseiten offenen Gestaltung des Kanals können der oder die Druckübertragungskörper in einfacher Weise in das Umformwerkzeug eingelegt werden. Des Weiteren kann in einfacher Weise jede gewünschte Verlaufsform des Kanals, beispielweise durch Fräsen, sehr präzise eingebracht werden. Die Abschlussplatte, die beispielweise mit dem Umformwerkzeug verschraubt sein kann, verschließt den Kanal an seiner offenen Längsseite. Hierbei bildet die dem Umformwerkzeug zugewandte Seite der Abschlussplatte die Grundfläche für die Abstützung des Druckübertragungskörpers. An dieser Grundfläche kann der Druckübertragungskörper auch befestigt sein, wobei Schraub- oder Klemmbefestigungen denkbar sind. Auf jeden Fall bildet die Abschlussplatte quasi eine Wandung einer Druckkammer, in der das Druckfluid aufgenommen ist. Dies bedeutet, dass das Druckfluid im Kanal gespannt werden kann und im Umformwerkzeug verbleibt. Zudem verhindert die starr angeordnete Abschlussplatte, dass ein entsprechend gestalteter Druckübertragungskörper unter dem erzeugten Druck nach allen Seiten expandiert und ggf. zerplatzt. Somit wird der Ausdehnung des Druckübertragungskörpers eine Vorzugsrichtung in Richtung des beweglichen Lochstempels gegeben.
• In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung nach Anspruch 6 ist der Druckübertragungskörper hohl und enthält das Druckfluid, wobei er zumindest einenends an eine regelbare Hochdruckerzeugungsanlage angeschlossen ist. Durch diese spezielle Ausgestaltung des Druckübertragungskörpers kann das Druckfluid in einfacher und bauraumsparender Weise geführt werden. Zum anderen benetzt das Druckfluid einerseits das Umformwerkzeug nicht, so dass keine korrosiven Erscheinungen am Umformwerkzeug auftreten. Andererseits sind keine Vorkehrungen zur Abdichtung des Umformwerkzeuges erforderlich, was den apparativen Aufwand für das Umformwerkzeug reduziert. Aufgrund der Regelbarkeit der Hochdruckerzeugungsanlage, an die der Druckübertragungskörper angeschlossen ist, kann der Druck des Druckfluids und damit der Grad der Aufweitung des Druckübertragungskörpers sehr fein eingestellt werden, was sich in einer weiteren Verbesserung der Prozesssicherheit beim Lochvorgang auswirkt.
• In einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung nach Anspruch 7 ist der Druckübertragungskörper schlauchförmig ausgebildet. Außer dass ein derartig gestalteter Druckübertragungskörper in besonders einfacher Weise in den Kanal eingebracht werden kann, birgt die schlauchförmige Gestaltung den Vorteil, dass mehrere Lochstempel mit nur einem einzigen Druckübertragungskörper gesteuert werden können, was die Teilevielzahl der erfindungsgemäßen Vorrichtung drastisch minimiert. Des Weiteren ist ein schlauchförmiger Druckübertragungskörper als Abschnitt eines ablängbaren Endlosstranges in denkbar einfacher Weise und mit nur sehr geringen Kosten herstellbar.
• Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Inhalt des Anspruches 8 repräsentiert. Hierbei ist nun der Druckübertragungskörper eine Membran, die an der Grundfläche befestigt und mit dem Druckfluid geregelt beaufschlagbar ist. Zur Führung des Druckfluids ist im Umformwerkzeug eine kanalförmige Fluidleitung integriert. Aufgrund der flächigen Ausbildung einer Membran ist ein dementsprechend ausgebildeter Druckübertragungskörper noch platz sparender als eine hohle Ausgestaltung des Druckübertragungskörpers.
• In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung nach Anspruch 9 liegt der Druckübertragungskörper mit seiner Wandung unmittelbar am Stempelkopf an. Durch die unmittelbare Beaufschlagung des Stempelkopfes durch den Druckübertragungskörper wird die Bauteilanzahl der erfindungsgemäßen Vorrichtung minimiert und damit diese vereinfacht. Da auf ein zwischenliegendes Bauteil verzichtet wird, erweist sich diese Ausführungsform als ebenfalls besonders platzsparend.
• In einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung nach Anspruch 10 ist der Druckübertragungskörper in einer starren Führungsleiste aufgenommen, die am Stempelkopf aufliegt und in der Bohrung nur mit geringem Spiel angeordnet ist. Infolge der Aufnahme des Druckübertragungskörpers in einer starren Führungsleiste, welche in der Bohrung des Lochstempels mit nur geringem Spiel angeordnet ist, wird verhindert, dass der unter Hochdruck stehende Druckübertragungskörper am Stempelkopf vorbei in den Bereich des Stempelschaftes extrudiert wird und dadurch den Lochstempel verklemmt, so dass dieser nicht mehr funktionsfähig ist. Mit der Anordnung der Führungsleiste, die am Stempelkopf aufliegt, findet dessen Beaufschlagung durch den Druckübertragungskörper nur mittelbar statt.
• In einer besonders bevorzugten Ausführungsform gemäß Anspruch 11 ist die Tragfläche der Führungsleiste größer als die Stempelkopffläche. Hierdurch wird erreicht, dass die auf den Lochstempel wirksame Fläche vergrößert wird, wobei bei Konstanthaltung der Lochungskraft des Lochstempels durch die größere nutzbare Fläche ein geringerer Druck aufzuwenden ist. Anders ausgedrückt heißt dies, dass mit geringeren Fluiddrü cken die gleiche Lochungskraft des Lochstempels erzielt werden kann. Aufgrund des geringeren erforderlichen Fluiddruckes ist nun die Verwendung von kleinerbauenden Fluidhochdruckerzeugungsanlagen verringerter Leistung möglich, ohne dass dies zu Einbußen in der Prozesssicherheit des Lochungsvorganges führt.
• Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung bildet Anspruch 12, indem die Führungsleiste den Stempelkopf bildet. Hierdurch wird wiederum eine direkte Beaufschlagung des Stempelkopfes durch den Druckübertragungskörper ermöglicht, wobei durch die Integrierung des Stempelkopfes in die Führungsleiste nochmals ein Bauteil in platzsparender Weise entfällt und wobei die erwähnten Vorteile der größeren Tragfläche der Führungsleiste beibehalten werden.
• In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung nach Anspruch 13 ist der Stempelschaft an der Führungsleiste lösbar befestigt. Hierbei wird erreicht, dass bei Abnutzung der Schneidkante des Lochstempels lediglich der Stempelschaft in einfacher Weise und/oder dass die Führungsleiste in einfacher Weise ausgewechselt werden kann, um bei gleichbleibendem Fluiddruck über eine Änderung der Tragfläche der Führungsleiste die Höhe der Lochkraft auf den jeweiligen Bedarf exakt abzustimmen.
• In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung nach Anspruch 14 ist die Druckfluidzuführung für den Antrieb des Lochstempels mit einer Fluidhochdruckerzeugungsanlage zur Erzeugung eines das Werkstück umformenden Innenhochdrucks fluidisch gekoppelt. Hierdurch wird das Zuführsystem des Druckfluids erheblich vereinfacht, indem die für die Umformung des Werkstückes ohnehin vorhandene Fluidhochdruckerzeu gungsanlage und das von dieser geförderte Druckfluid über eine Bypass-Leitung benutzt wird.
• Im Folgenden ist die Erfindung anhand mehrerer in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigt:
• 1a in einer Querschnittsdarstellung eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem schlauchförmigen hohl ausgestalteten Druckübertragungskörper, welcher direkt am Stempelkopf des Lochstempels anliegt in einer Nicht-Gebrauchsstellung,
• 1b in einer seitlichen Längsschnittdarstellung die Vorrichtung aus 1a in Nicht-Gebrauchsstellung,
• 2a in einer Querschnittsdarstellung die erfindungsgemäße Vorrichtung aus 1a in Gebrauchsstellung,
• 2b die Vorrichtung aus 1a in einem seitlichen Längsschnitt in Gebrauchsstellung des Lochstempels,
• 3a in einer Querschnittsdarstellung eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Führungsleiste als Zwischenbauteil zwischen dem Druckübertragungskörper und dem Stempelkopf des Lochstempels,
• 3b in einem seitlichen Längsschnitt die Vorrichtung aus 3a in einer Nicht-Gebrauchsstellung,
• 4a die Vorrichtung aus 3a in einer Querschnittsdarstellung in Gebrauchslage des Lochstempels,
• 4b die Vorrichtung aus 3a in einem seitlichen Längsschnitt in Gebrauchsstellung des Lochstempels,
• 5 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einem seitlichen Längsschnitt mit einer den Druckübertragungskörper aufnehmenden Führungsleiste, welche an einem Stempelschaft lösbar befestigt ist,
• 6 schematisch in einer Draufsicht einen Verlauf eines Kanals für die erfindungsgemäße Vorrichtung in einem Innenhochdruckumformwerkzeug,
• 7 das Umformwerkzeug aus 6 in einem Schnitt entlang der Linie VII-VII mit mehreren unterschiedlich ausgebildeten Lochstempeln.
• In 1a ist eine Vorrichtung zum Lochen von Werkstücken, beispielsweise Hohlprofilen oder Blechen, in einem Innenhochdruckumformwerkzeug dargestellt, wobei für dieses stellvertretend hier die Obermatrize 1 des Umformwerkzeuges gezeigt ist. Die Obermatrize 1 bildet mit ihrer unteren Stirnfläche 2 einen Abschnitt einer den Formraum für ein umzuformendes Werkstück bildenden Gravur. In die Obermatrize 1 ist eine Durchgangsbohrung 3 eingearbeitet, in der ein Lochstempel 4 verschieblich geführt ist. In der gezeigten Nicht-Gebrauchsstellung des Lochstempels 4 schließt seine, eine Schneidkante 5 beinhaltende Stirnfläche 6 bündig mit der unteren Stirnfläche 2 der Obermatrize 1 ab. In einem ersten gravurnahen Abschnitt 7 der Durchgangsbohrung 3 ist ein Stempelschaft 8 des Lochstempels mit Spiel geführt. An diesen Abschnitt 7 schließt sich nach außen hin eine erste stufige Erweiterung 9 der Bohrung 3 an. Die erste stufige Erweiterung 9 der Bohrung 3 geht in eine zweite stufige Erweiterung 10 über, in der der Stempelkopf 11 des Lochstempels 4 mit Spiel angeordnet ist. An dessen Unterseite 12 einerseits und am Absatz 13 der ersten stufigen Erweiterung 9 stützt sich eine Druckfeder 14 ab. In der zweiten stufigen Erweiterung 10 ist ein Druckübertragungskörper 15 angeordnet, der mit einer unteren Wandung 16 unmittelbar an der Oberseite 17 des Stempelkopfes 11 anliegt. Der Druckübertragungskörper 15 ist schlauchförmig ausgebildet und weist einen Hohlraum 18 auf, in dem ein Druckfluid mit einem Druck P_X enthalten ist. Der Druckübertragungskörper 15 ist elastisch aufweitbar und be steht vorzugsweise aus einem Elastomer. Wie insbesondere in 1b zu sehen ist, ist in die obere Stirnfläche 19 der Obermatrize 1 ein Kanal 20 eingearbeitet, der die zweite stufige Erweiterung 10 schneidet und quer zu dieser verläuft, wobei sich der Druckübertragungskörper 15 in besagtem Kanal 20 erstreckt. Die zweite stufige Erweiterung 10 und der Kanal 20 sind nach oben durch eine Abschlussplatte 21 abgedeckt, die auf der oberen Stirnfläche 19 der Obermatrize 1 aufliegt und mit dieser befestigt ist. Die Abschlussplatte 21 bildet mit ihrer Unterseite eine Grundfläche 22, an der sich ein oberer Wandungsbereich 23 des Druckübertragungskörpers 15 abstützt. Zwischen dieser Grundfläche 22 und der Oberseite 17 des Stempelkopfes 11 ist der Druckübertragungskörper elastisch aufweitbar. Wie in 1b zu erkennen ist, drückt der Stempelkopf 11 in Nicht-Gebrauchsstellung des Lochstempels 4 den Druckübertragungskörper 15 getrieben durch die rückstellende Vorspannkraft der Druckfeder 14 ein, da in Nicht-Gebrauchsstellung das Druckfluid innerhalb des Druckübertragungskörpers 15 nur unter einem geringen Druck steht oder vollständig drucklos ist.
• Ist das Innenhochdruckumformwerkzeug geschlossen und herrscht in deren Gravur ein Innenhochdruck, der das Werkstück bereits wie gewünscht ausgeformt hat, erfolgt der Lochvorgang mittels des Lochstempels 4. Hierbei wird das im Druckübertragungskörper 15 befindliche Druckfluid über eine Hochdruckerzeugungsanlage, die an den Druckübertragungskörper 15 zumindest an einem Ende angeschlossen ist, gespannt und der für den Lochvorgang erforderliche Druck durch die besagten Anlagen eingeregelt. Dies hat gemäß 2a bzw. 2b zur Folge, dass durch den erhöhten Fluiddruck P_X der Druckübertragungskörper 15 auf geweitet wird, wobei sich dessen Hohlraum 18 vergrößert und seine untere Wandung 16 den Lochstempel 4 in die Gravur hineinpresst. Die Einwärtsbewegung des Lochstempels 4 erfolgt so weit bis die Unterseite 12 des Stempelkopfes 11 an einen Absatz 24 der zweiten stufigen Erweiterung 10 zur Anlage kommt. Die Druckfeder 14 wird hierbei zusammengequetscht. Die Gebrauchslage des Lochstempels 4 ist nun erreicht und der Lochvorgang vollzogen, wonach das Druckfluid entspannt wird und der Lochstempel 4 durch die Druckfeder 14 in seine Nicht-Gebrauchsstellung zurückgedrängt wird. Im beschriebenen Ausführungsbeispiel wird der Antrieb allein durch den Druckübertragungskörper 15 und das Druckfluid gebildet.
• Die 3a und 3b bzw. 4a und 4b stellen eine Variante der Erfindung zum obigen beschriebenen Ausführungsbeispiel dar. Hierbei beinhaltet nun der Antrieb des Lochstempels 4 zusätzlich noch eine Führungsleiste 25. In der starr ausgebildeten Führungsleiste 25 ist deren schlauchförmiger Druckübertragungskörper 15 aufgenommen, wobei die Führungsleiste 25 an seiner Oberseite 26 eine Aufnahmemulde 27 aufweist. Die Führungsleiste 25 ist innerhalb der zweiten stufigen Erweiterung 10 der Durchgangsbohrung 3 mit nur geringem Spiel angeordnet. Hierdurch und durch die Konkavität der Aufnahmemulde 27 wird verhindert, dass der flexible Druckübertragungskörper 15 bei einem hochgespannten Druckfluid nicht unter die Unterseite 12 des Stempelkopfes 11 extrudiert. Die Führungsleiste 25 liegt mit ihrer Unterseite 28 an deren Oberseite 17 des Stempelkopfes 11 an, so dass der Druckübertragungskörper 15 nur mittelbar den Lochstempel 4 beaufschlagen kann. Wie 1a und 1b zeigt auch 3a und 3b die Nicht-Gebrauchsstellung des Lochstempels 4. Die Führungsleiste 25 erstreckt sich ebenfalls wie der Druckübertragungskörper 15 im Kanal 20, wobei die Führungsleiste 25 den Druckübertragungskörper 15 nur über einen Teilabschnitt des Kanals 20 hinweg trägt. Wie aus 3b entnehmbar ist, ist die Führungsleiste 25 derart dimensioniert, dass ihre Tragfläche größer ist als die Fläche des Stempelkopfes 11. Hierdurch können niedrigere Fluiddrücke für eine konstant bleibende Lochkraft des Lochstempels 4 eingesetzt werden oder bei gleichbleibendem Fluiddruck wesentlich höhere Lochungskräfte ausgeübt werden. Ein weiterer Unterschied zum vorangegangenen Ausführungsbeispiel zeigt sich darin, dass in der Nichtgebrauchslage des Lochstempels 4 nach 3a und 3b der Lochstempel 4 nicht in den Druckübertragungskörper 15 eingedrückt wird. Dadurch wird der Verschleiß an diesem minimiert. Wird nun für dem Lochvorgang nach 4a und 4b ein hoher Fluiddruck P_X entfaltet, wird der Lochstempel 4 mit seiner Schneidkante 5 in die Gravur des Umformwerkzeuges hineingedrückt. Die Endlage der Gebrauchslage ist dann erreicht, wenn wie aus 4b zu ersehen ist, die Führungsleiste 25 am Grund 29 des Kanals 20 aufliegt.
• In 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. In Abwandlung zum vorangegangenen Ausführungsbeispiel ist hier der Stempelkopf 11 des Lochstempels 4 in die Führungsleiste 25 integriert. Dies führt zum einen zu einer längeren Druckfeder 14 und zum anderen zu einem Wegfall der zweiten stufigen Erweiterung 10 der Durchgangsbohrung 3. Durch letzteren wird die Gestaltung der Obermatrize 1 und deren Bearbeitung erheblich vereinfacht. Des Weiteren ist der Stempelschaft 8 an der Führungsleiste 25 lösbar befestigt, wobei in einfacher Weise Schraubverbindungen oder Klipsverbindungen zum Einsatz kommen können. Im Übrigen schneidet hier der Kanal 20 nicht die zweite stufige Erweiterung 10, sondern die erste stufige Erweiterung 9. Durch den Wegfall der zweiten stufigen Erweiterung 10 baut die Obermatrize 1 kleiner, so dass insgesamt das Innenhochdruckumformwerkzeug in platzsparender Weise kompakter wird.
• 6 zeigt eine Draufsicht auf die Obermatrize 1, in der eine gewundene Verlaufsform des Kanals 20 ausgebildet ist. In diesen Kanal 20 kann in einfacher Weise ein schlauchförmiger Druckübertragungskörper 15 eingelegt werden, der sich über die Länge des gesamten Kanals 20 erstreckt. Hierbei können mit einem einzigen Druckübertragungskörper 15 mehrere über die Fläche der Obermatrize 1 verteilte Lochstationen erreicht werden bzw. durch den besagten Druckübertragungskörper 15 die Lochstempel 4 in den Lochstationen betätigt werden. Dabei müssen die Lochstempel 4 auch nicht gleich ausgebildet sein, wie in 7 veranschaulicht wird. Diese Lochstempel 4 sind an dieser Stelle nur schematisch dargestellt. Aufgrund der von den verschiedenen Lochstempeln 4 zu erzeugenden Lochgrößen und der somit aufzubringenden unterschiedlichen Lochungskräften ist es ggf. für einen einheitlichen Lochvorgang erforderlich, Führungsleisten 25 vorzusehen, die auf die jeweiligen Lochstempel 4 individuell in ihrer Größe angepasst sind.
• Im Rahmen der Erfindung ist es zweckmäßig, die Druckfluidzuführung für den Antrieb des Lochstempels 4 mit der Fluidhochdruckerzeugungsanlage fluidisch zu koppeln, mit der auch der Innenhochdruck zur Verformung des Werkstückes ausgeübt wird. Des Weiteren ist anstelle eines schlauchförmigen Druckübertragungskörpers auch ein Balg denkbar. Eine weitere Alternative besteht in der Ausbildung des Druckübertragungskörpers 15 als Membran, die an der Grundfläche 22 angebracht ist, wodurch ein sehr klein bauender Druckübertragungskörper 15 zur Verfügung steht. Um die Membran mit Druckfluid geregelt zu beaufschlagen, ist im Umformwerkzeug, beispielsweise in der Abschlussplatte 21, eine kanalförmige Fluidleitung integriert, über die das Druckfluid geleitet wird.

Claims (14)

1. Vorrichtung zum Lochen von Werkstücken in einem Innenhochdruckumformwerkzeug, mit einem Lochstempel, der in einer Bohrung des Umformwerkzeuges verschieblich geführt ist, und mit einem Antrieb, mittels dessen der Lochstempel zwischen einer Gebrauchsstellung und einer Nicht-Gebrauchsstellung hin und her verfahrbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb einen druckbeaufschlagten Druckübertragungskörper (15) beinhaltet, der mittels eines Druckfluids zwischen einer werkzeugfesten Grundfläche (22) und einem Stempelkopf (11) des Lochstempels (4) elastisch aufweitbar ist, wobei der Druckübertragungskörper (15) mit einer Wandung (16) zumindest mittelbar am Stempelkopf (11) anliegt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lochstempel (4) eine Druckfeder (14) aufweist, die sich einerseits an der Unterseite (12) des Stempelkopfes (11) und andererseits am Absatz (13) einer ersten stufigen Erweiterung (9) der Bohrung (3) abstützt.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempelkopf (11) und der Druckübertragungskörper (15) innerhalb einer zweiten stufigen Erweiterung (10) der Bohrung (3) angeordnet sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite stufige Erweiterung (10) durch einen Kanal (20) geschnitten wird, der quer zur Erweiterung (10) verläuft und in dem sich der Druckübertragungskörper (15) erstreckt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundfläche (22) von einer Abschlussplatte (21) gebildet ist, die am Umformwerkzeug befestigt ist und den Kanal (20) und/oder die Erweiterung (10) nach außen abdeckt.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckübertragungskörper (15) hohl ist und dass der zumindest einenends an eine regelbare Hochdruckerzeugungsanlage angeschlossene Druckübertragungskörper (15) das Druckfluid enthält.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckübertragungskörper (15) schlauchförmig ausgebildet ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckübertragungskörper (15) eine Membran ist, die an der Grundfläche (22) befestigt ist, und dass im Umformwerkzeug eine kanalförmige Fluidleitung integriert ist, über die die Membran mit Druckfluid geregelt beaufschlagbar ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckübertragungskörper (15) mit seiner Wandung (16) unmittelbar am Stempelkopf (11) anliegt.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckübertragungskörper (15) in einer starren Führungsleiste (25) aufgenommen ist, die am Stempelkopf (11) aufliegt und in der Bohrung (3) mit nur geringem Spiel angeordnet ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragfläche der Führungsleiste (25) größer als die Stempelkopffläche ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsleiste (25) den Stempelkopf (11) bildet.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempelschaft (8) an der Führungsleiste (25) lösbar befestigt ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfluidzuführung für den Antrieb des Lochstempels (4) mit einer Fluidhochdruckerzeugungsanlage zur Erzeugung eines das Werkstück umformenden Innenhochdrucks fluidisch gekoppelt ist.