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EINRICHTUNG ZUM EIEKTROHYDRAULISCHEN UNFORMEN
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Hochgaschwindigkeits-Druckumformung
von Werkstoffen, insbesondere auf Einrichtungen zum elektrohydraulischen Umformen.
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Die Einrichtung ausgeführt gemäß der vorliegenden Erfindung, kann
in der Maschinenbau-, Gerätebau-, Flugzeugbauindustrie und in anderen Industriezweigen
verwendet werden.
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Diese Erfindung kann bei der Herstellung von Teilen komplizierter
Form aus Blech- und Rohrrohlingen aus schwerverformbaren Werkstoffen mit Erfolg
angewendet werden.
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Weitgehend bekannt ist eine Einrichtung zum elektrohydraulischen
Umformen, die ein Gestell enthält, an welchem zwei parallel angeordnete Säulen befestigt
sind. Auf den Säulen ist eine Platte mit an ihr montierter Explosionskammer starr
befestigt. Eine Elektrode ist innerhalb dieser Kammer untergebracht, deren Wand
als eine andere Elektrode dient. Die Explosionskammer wird mit einer
Arbeitsflüssigkeit
gefüllt, die fähig ist, die Explosionsenergie zum Rohling zu übertragen.
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Parallel zur starr befestigten :Platte ist eine bewegliche Platte
angeordnet, die eine Matrize zur Anbringung des Rohlings trägt.
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Die bewegliche Platte befindet sich zwischen den Säulen die zugleich
Führungen darstellen, und ist mit einer Vorrichtung zu ihrer Verschiebung und zum
nachfolgenden Andrücken der Matrize an die Explosionskammer verbunden.
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Die erwähnte Vorrichtung stellt bei der bekannten Einrichtung zum
elektrohydraulischen Umformen zwei Keilemente dar. Ein Keilelement ist an der beweglichen
Platte, die die Matrize trägt, starr befestigt, während das andere mit einem Antrieb
zur hin-und hergehenden Verschiebung dsselben auf der Grundplatte des Gestells verbunden
ist, welche parallel zur beweglichen Platte angeordnet ist.
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Die Keilelemente stehen in ständigem Kontakt miteinander über ihre
Oberflächen, die bezugllch der parallel angeordneten Platten geneigt sind.
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Bel der hin- und hergehenden Verschiebung des einen Keilelementes
verschiebt das andere Jieilelement die mit ihm starr verbundene bewegliche Platte,
die die Matrize trägt, in Richtung zur Explosionskammer hin und von dieser weg.
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Infolgedessen kommt die Verschiebung der Matrize zur Explosionskammer
und
das nachfolgende Andrucken dersalben an diese zustande.
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Ein Nachteil der bekannten Einrichtung zum elektrohydraulischen Umformen
besteht darin, daß der antrieb der Vorrichtung zum Verschieben und Andrücken der
Matrize an die Explosionskammer, der ein hydraulisches, pneumatisches, mechanisches
oder elektromechanisches System darstellen Kann, recht kompliziert ist und eine
qualifizierte Bedienung erfordert.
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Ein anderer Nachteil der bekannten Einrichtung mit einer solchen
Vorrichtung zum Verschieben und Andrücken der Matrize an die Explosionskammer besteht
darin, daß das Maß der Verschiebung der Matrize an die Explosionskammer beim Umrüsten
der Einrichtung für die herstellung verschiedener Teile nicht wesentlich vergrößert
werden kann, Bei der Auswechselung der Matrize macht sich die Verwendung von zusätzlichen
Platten erforderlich, die zwischen der beweglichen Platte und der patrize untergebracht
sind, was die Konstruktion der gesamten Einrichtung zum elektrohydraulischen Umformen
bedeutend komplizierter macht und die B3-dienung derselben erschwert. Außerdem nimmt
die zum Austausch der Matrize notwendige Zeit zu.
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Zweck der vorliegenden Erfindung ist die Beseitigung der vorerwähnten
Nachteile.
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Der Erfindung ist die Aufgabe zugrunde gelegt, eine B mrichtung zum
elektroaydraulisci-ien Umformen zu schaffen, bei welcher die Vorrichtung zum Verschieben
und Andrücken der Matrize
an die Explosionskammer eine solche Konstruktion
hätte, die zuvor lässig in der Arbeit und einfach in der Bedienung wäre.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in der Einrichtung zum elektrohydraulischen
Umformen, bal der an einem Gestell mindestens zwei parallel angeordnete Säulen befestigt
sind, die eine auf ihnen starr befestigte Platte mit Explosionskammer tragen und
als Führungen für eine Platte dienen, die eine Matrize trägt und parallel zur starr
befestigten Platte verschiebbar zu ihr hin und von derselben weg an den Führungen
entang zum Verschieben der Matrize und nachfolgenden Andrücken derselben an die
Exploskonskammer während des Umformvorgangs angeordnet ist, erfindungsgemäß das
Verschieben der Platte, die die Matrize trägt, und deren nachfolgendes Andrücken
an die Explosionskammer während des Umformene mittels einer Vorrichtung bewerkstelligt
ist, die in Form eines Getriebepaars Schraube - Mutter ausgeführt ist, bei welchem
Paar das sich fortschreitend bewegende Element mit der die Matrize tragenden Platte
starr verbunden ist, während das sich drehende Element dieses Paars am Gestell montiert
und zur Verschiebung der die Latrize tragenden Platte mit einem anttrieb kinematisch
verbunden ist sowie mit einem unabhangigen Antrieb zum Andrücken der Matrize an
die Explosionskammer bei dem während des Umformvorgangs abgeschalteten Antrieb zur
Verschiebung der die Matrize tragenden Platte in kinematischer Verbindung steht.
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Eine derartige konstruktive Ausführung der Vorrichtung ist
hinreichend
einfach und gewährleistet ein festes Andrucken der Matrize mit dem auf dieser angebrachten
Rohling an die Explosionskammer während des Umformens.
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Zweckmäßigerweise enthält die kinematische Verbindung des sich drechenden
Elementes des Getriebepaars Schraube - Mutter mit dem unabhängigen Antrieb zum Andrücken
der Matrize an die Exploslonskammer zwei an dem sich drehenden Element starr befestigte
Sperräder, die eins über dem anderen angeordnet sind und von denen jedes über eine
Klinke mit seinem eigenen unabhängigen Antrieb für die Drehung des sich drehenden
Elementes in einer Richtung zum Andrüchen der Matrize an die Explosionskammer und
in der anderen Richtung zum Abdrüchen derselben nach beendetem Umformen vorgang
verbunden ist.
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Eine solche konstruktive Ausführung der kinematischen Verbindung
des sich drehenden Elementes des Getriebepaars Schraube - Mutter mit dem unabhängigen
Antrieb zum Andrücken der Matrize an die Explosionskammer gestattet es, das Verschieben
und Andrükken der beweglichen Platte mit der Matrize unter Verwendung ein und desselben
Getriebepaars Schraube - Mutter durchzuführen, was die Bedienung der Vorrichtung
zum Verschieben der patrize mit dem flohling und zum nachfolgenden Andrücken derselben
an die Explosionskammer bedeutend vereinfacht Es ist nicht weniger zweckmäßig, daß
die kinematische Verbindung
des sich drehenden Elementes des Getriebepaars
Schraube -Mutter mit dem Antrieb @ur Verschiebung der die Matrize tragenden Platte
eine Klauenkupplung enthält, bei welcher die Klauen ihrer Kupplungshälften mit einem
Spalt zwischen ihren Seitenflächen angeoranet sind, wodurch die Möglichkeit zur
Drehung der Sperrader sichergestellt wird.
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Eine derartige Kupplung, die eine Unterbrechung der kinematischen
Rette des sich drohenden Elementes mit dem Antrieb aur Verschiebung der die Matrize
tragenden Platte bewerkstelligt, besitzt einen hinreichend einfachen Aufbau und
eine betriebssichere Konstruktion.
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Die Einrichtung zum elektrohydraulischen Umformen, ausgefürt gemäß
der vorliegenden Erfindung, ist zuverlassig In der Arbeit und einfach in der Bedienung.
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Bei der Auswechselung der Matrize in einer solchen Einrichtung zur
Herstellung von Teilen unterschiedlicher Form Ist die Verwendung von zusätzlichen
Elementen nicht erforderlich, wodurch das Umrüsten einer solchen Einrichtung im
Vergleich mit der bekannten ebenfalls einfacher ist.
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Mit iiile der nach der Erfindung vorgeschlagenen Einrichtung zum
elektrohydraulischen Umformen kann man Erzeugnisse komplizier ter Porm aus schwerverformbaren
Werkstoffen mit ausreichend hoher Qualität herstellen.
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Nachstehend wird ein konkretes Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung
mit Bozugnahme auf die beigefugten Zeichnungen beschrieben; es zeigen: Fig. 1 eine
Schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Einrichtung zum elektrohydraulischen
Umformen, teilweiser Längsschnitt; Fig. 2 dasselbe wie in Fig. 1, Schnitt nach Linie
II-II der Fig. 1; Fig. 3 eine Stelle B in Fig. 1 mit teilweisem Schnitt.
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Die Einrichtung zum elektrohydraulischen Umformen enthält ein Gestell
1 (Fig. 1), das eine kastenförmige Schweißkonstruktion darstellt und an dem eine
Grundplatte 2 befestigt ist.
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Auf der Grundplatte 2 sind zwei Säulen 3 befestigt, welch eine auf
ihnen starr befestigte Platte 4 tragen.
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An der Platte @ ist eine Explosionskammer 5 angebracht und eine Entladungseinrichtung
6 montiert, die zur Kommutierung von Strömen großer Leistung bestimmt ist. Die Entladungseinrichtung
6 und nicht näher beschrieben.
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Dies se Entladung seinrichtung kann in einer beliebigen Bauweise
ausgeführt sein, die sich für diesen Zweck eignet.
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Innerhalb der Explosionskammer 5 ist längs ihrer geometrischen Achse
O-O eine Elektrode 7 angeordnet, während die Wand der Explosionskammer 5 als andere
Elektrode dient.
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Der Innenraum der Explosionskammer 5 wird im Prozeß des
elektrohydraulischen
Umformens mit einer Arbeitsflüssigkeit, in dem hier besdhriebenen Beispiel mit Wasser,
gefüllt, das die Energie der zwischen den Elektroden 7 und 8 erfolgenden Entladung
beim Umformen überträgt.
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Zur Verhinderung des Verspritzens von Wasser während des elektrohydraulischen
Umformens ist @ ein Vorhang 9 vorgesehen, der aus einem elastischen Mat@rial besuahtO
Der Vorhang 9 kann einer ringfbrmigen Führung 10 verschoben werden, um einen Raum
zu verdecken oder zu öffnen, in welchem sich die Wassersprit zer bilden können.
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Die Einrichtung enthält eine Platte 11 mit einem darauf befestigten
Ring 11a zum Sammeln von Wasser.
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Die Platte 11 ist parallel zur starr befestigten Platte 4 verschiebbar
zu dieser hin und von derselben weg an den Säulen 3 entlang angeordnet. Die Platte
11 trägt eine Matrize 12, auf welcher ein Rohling A angebracht ist. Zur Verschiebung
der Platte 11, die die Matrize 12 tragt, und zum nachfolenden Andrücken derselben
an die Explosionskammer 5 während des elektrohydraulischen Umformen ist eine Vorrichtung
13 vorhanden, die in Form eines Cetriebepaars Schraube - mutter ausgeführt ist.
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Ein sich fortschreitend bewegendes Element 14 dieses Paars stellt
in der vorliegenden Ausführungsvariante der Erfindung eine Bezugszahl Schraubspindel
dar, die mit derselben 14 bezeichnet und längs der Achse 0-0 der Einrichtung zum
elektrohydraulischen Umformen
angeordnet ist.
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Die Schraubspändel 14 ist starr mit der Platte 11 verbunden, welche
die Matrize 12 trägt.
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Ein sich drehendes Eiement 15 des Gliederpaars stellt in der vorliegenden
Ausführungs ariante der Ertindung eine Mutter dar, die ebenfalls mit 15 bezeichnet
ist. In die Mutter 15 ist die Schraubspindel 14 eingedreht.
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Die Mutter 15 ist an der Grundplatte 2 des Gestells 1 drehbar bezüglich
derselben montiert und gegen axiale Verschiebung relativ zu derselben Platte mit
Hilfe eines Andrückringes 16 gesichert, der auf der Grundfläche 2 starr befestigt
Ist, Die Mutter 15 ist mit einem Antrieb 17 für die Verschiebung der die Matrize
12 tragenden Platte 11 kinematisch verbunden.
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Der Antrieb 17 enthält einen Elektremotor 18, der am Gestell 1 starr
angebracht ist, und ein Getriebe 19, das mit dem Elektromotor über einen Keilriementrieb
20 verbunden ist. Das Getriebe 19 ist auf einem Untersatz 21 istalliert, der auf
dem Gestell 1 befestigt ist.
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Im Untersatz 21 sind /in der Zeichnung nicht dargestellte/ Nuten
ausgeführt, die senkrecht zueinander angeordnet sind. Die Nuten ermäglichen es,
das Getriebe 19 zwecks dessen genauer Einstellung längs der Achse 0-0 der Einrichtung
zum elektrohydraulischen Umformen zu verschieben.
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Die Mutter 15 ist mit einem unabhängigen Antrieb 22 (Fig.
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1 und 2) zum Andrücken der Matrize 12 an die Explosionskammer 5 und
zum Entfernen daiselben von ihr kinematisch verbunden.
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Es wäre ausreichend, nur einen unabhängig und Entfernen der Matrize
12 zu verwenden, aber im vorliegenden ausführungsbeispiel der Erfindung sind zwei
unabhängige Antriebe 22 vorhanden, von denen jeder eine pneumatische Kammer 23 enthält,
die eine beliebige für diesen Zweck geeignete Konstruktion hat.
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Eine derartige pneumatische Kammer 23 wird an der Grundplatte 2 des
Gestells 1 mit hilfe von Kragstücken 24 befestigt.
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Die kinematische Verbindung der Mutter 15 mit jedem unabhängigen
Antrieb 22 enthält zwei Sperräder 25, die eine über dem anderen angeordnet und an
der Mutter 15 mit Hilfe eines Längskeils 26 befestigt s sind.
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Jedes Sperrad 25 Ist mit der entsprechenden pneumatischen Kammer
23 über eine Stange 27 (Fig. 2) verbunden, die mit einer Klinke 28 zu deren Verschiebung
in einer Führung 29 in Verbindung steht und mit Zähnen 30 (Fig. 1 und 2) des Sperrades
25 in Eingriff tritt.
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Eines der Sperräder 25 kann mit hilfe des jeweiligen unabhängigen
Antriebs 22 die Mutter 15 in der einen Richtung zum Andrücken der Matrize 12 an
die Explosionskammer 5 drehen, und das andere Sperrsd 25 - in der anderen Richtung
zum Entfernen derselben nach Beendigung des Umformvorgangs. Dies kommt bei dem während
das Umformens abgeschalteten Antrieb 17 zur verschiebung der die
Matrize
12 tragenden Platte 11 dadurch zustande, daß die kinematische Verbindung der Mutter
15 mit dem Antrieb 17 mit Hilfe einer Klauenkupplung 31 (Fig. 1, 3) hergestellt
ist. Die Klauenkupplung 31 besteht aus zwei Kupplungshälftten 32 und 33, deren Klauen
34 und 35 (Fig. 3) mit einem Spalt 36 zwischen ihren Seitenflächen angeordnet sind,
dank welchem die Drehung der Sperrräder 25 ermöglicht wird.
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An der Verbindungsstelle der Kupplungshälften 32 und 33 lSt ein Zentrierring
37 angebracht, der es gestattet, Uie Lupplungshälften 32 und 33 nach der Achse O-O
der Einrichtung zum olektr ohydra ullschog Umformen genau einzustellen.
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Die Kupplungshälfte 32 ist an der Welle 38 (Fig. 1) des Getriebes
19 mit Hilfe eines Längskeils 39 befestigt, während die Kupplungshälfte 33 mit einem
der Sperräder 25 starr verbunden ist.
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Auf der Grundplatte 2 des Gestella 1 ist ein Schutzmantel 40 aufgesetzt,
der die Einrichtung zum elektrohydranlischen Umformen abdeckt.
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Die Einrichtung zum elektrohydraulischen Umformen arbeitet folgenderweise.
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Vor dem Beginn des Umformvorgangs wird die die Matrize 12 tragende
Platte 11 derart eingestellt, daß zwischen der Matrize 12 und der Explosionskammer
5 ein Raum bleibt, der zum Anbringen des Rohiis A (Fig. 1) auf der Matrize 12 notwendig
ist.
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Der Bedienungsmann bringt den Rohling A auf der Matrize 12
an
und schaltet dann den Antrieb 17 ein, welcher die Vorrichtung 13 zur Verschiebung
der Platte 11 in Bewegung versetzt.
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Die Platte 11 wird durch die in die Mutter 15 eingedrehte spindel
Schaub 14 fortschreitend bewegt. Die Mutter 15 dreht sich bezüglich der Grundplatte
2 des (iestells 1 und wird vor der fortschreitenden Verschiübung relativ zu derselben
Platte durch den Audrückring 16 zurückgehalten.
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uie Mutter 15 wird von dem Elektromotor 18 über das Getriebe 19 und
den Keilriementrieb 20 und weiter über die Klauenkupplung 31 in Drehung versetzt,
deren eine Kupplungshälfte 33 mit der mutter 15 verbunden ist.
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Nach der Berührung der Matrize 12 samt dem auf dieser aufgebrachten
Rohling A mit der Explosionskammer 5 schaltet sich der Elektromotor 18 ab und die
Drehung der Mutter 15 hört auf.
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Dann wird der unabhängige Antrieb 22 eingeschaltet, der im oberen
Teil der Figur 2 abgebildet ist, und das Kraftandrücken der Matrize 12 mit dem Rohling
A an die Explosionskammer 5 geschiebt mit Iilife einer der pneumatischen liammern
23, die von einem (nicht dargestellten) Druckluftsystem betätigt wird und deren
Stange 27 auf die Klinke 28 einwirkt. Die Klinke 28 kommt mit dem entsprechenden
Sperrad 25 zum Eingriff und dreht dieses.
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Die Drehung des Sperrades 25 bewirkt eine zusätzliche Drehung der
mutter 13., die ihrerseits die Schraub l4 sich fortschreitend verschieben läßt,
wobei infolgedessen das Kraftandrücken der Matrize
12 an die Explosionskammer
5 statti-'indet.
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uie Drehung des Sperrades 25 wird dadurch möglich, daß in der Klauenkupplung
31 zwischen den Seitenflächen crer klauen 34 und 35 ein Spalt 36 vorhanden ist,
welcher es uer mit der Mutter 15 verbundenen Kupplungshälfte 33 der Klauenkupplung
31 gestattet sich frei zu drehen.
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Nach erfolgtem Andrücken der Matrize 12 mit dem Ronling A an die
Explosionskammer 5 kehrt die Stange 27 der pneumatischen Kammer 23 in die Ursprungsstellung
zurück und bringt hierdurch die Klinke 28 mit dem sperrad 25 außer Eingriff. Dadurch
wird die Drehung der mutter 15 in der umgekehrten Richtung ermöglicht.
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Die pneumatische Kammer 23 wird in die Ausgangsstellung mittels einer
nicht gezeichneten Feder zurückgeführt.
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Dann wird die Explosionskammer 5 mit Wasser gefüllt, und gleichzeitig
erfolgt die Absaugung der die Verformung behindernden Luft aus dem Hohlraum der
Matrize 12, wodurch ein Werkstück hönerer Qualtät erhalten werden kann.
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Vor der Durchführung der elektrischen Entladung wird die Zone, in
welcher sich die Explosionskammer 5 und die Matrize 12 mit dem auf ihr angebrachten
Rohling A befinden, mit dem Vorhang 9 durch Verschieben desselben entlang der ringformigen
Führung 10 verdeckt. Dadurch wird das Gelangen aer Spritzer, welche sich bei aer
elektrischen Entladung bilden, auf den Bedienungsmann und die Wände des Schutzmantels
40 verhindert. JJas Wasser, welches
auf den Vorhang 9 gelangt,
lauft von diesem in den Ring 11a ab, Hiernach wird die elektrische Entladung zwischen
den Elektroden 7 und 8 vorgenommen, die Stoßwellen im Wasser erzeugt, welche den
Rohling ;i verformen.
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Das Entfernen der Matrize 12 mit dem ausgeformten Teil erfolgt mit
Hilfe des anderen unabhängigen Antriebs 22, der unten in der Figur 2 gezeigt ist.
Die pneumatische Kammer 23 des unabhängigen Antriebs 22 wirkt über die Stange 27
auf die Klinke 28 ein, welche mit dem jeweiligen Sperrad 25 in Eingrift tritt.
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Das Sperrad 25 dreht die Mutter 15, die ihrerseits die spindel Schraub
14 fortschreitend nach unten verschiebt. Nach ausgeführtem Enfernen der Matrize
12 mit Fertigteil geht die Klinke 28 mit dem Sperrad 25 unter Einwirkung einer (nicht
abebildeten) leder außer Eingriff, die innerhalb der pneumatischen rammer 23 montiert
ist.
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Das Wasser Bus der Explosionskammer 5 fließt in den ao raum des Ring
11a durch einen zwischen der entfernten Matrize 12 mit Fertigteil und der Explosionskammer
5 entstandenen Spalt.
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Der Vorhang 9, der sich längs der fingförmigen Führung 10 bewegt,
wird geöffnet, und die die Matrize 12 mit dem ausgeformten Teil tragende Platte
11 senkt sich auf einen Abstand, der zurBildung aines Raumes zwischen der Explosionskammer
5, und oer
Matrize 12 ausreichend ist, welcher es erlaubt, das
erhaltene Teil aus der Matrize 12 herauszuziehen.
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Nach dem Ausziehen des Teils wird der Hohlraum der Matrize 12 gereinigt
und getrocknet, und ale Einrichtung ist zur Durchführung eines nachstfolgenden Umformzyklus
wieder bereit.
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Ein Versuchsmuster der vorgeschlagenen Einrichtung zum elektrohydraulischen
Umformen durchlief allseitige Prufungen, deren Resultate einen ausreichend nonen
Arbeitswirkungsgrad dieser Einrichtung bestätigten.
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Die errindungsgemäße Einrichtung zum elektrohydraulischen Umformen
ist einfach in der Bedienung und oiiliger in der nerstellung als die bekannten Einrichtungen.
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Die mit Hilfe einer solchen Einrichtung gefertigten Teile weisen
eine recht hohe Qualität auf.
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Mit Hilfe der nach der Erfingung vorgeschlagenen Einrichtung sind
verwickelt gestaltete Teile ausreichend hohor Qualität aus schwerverformbaren Werkstoffen
hergestellt worden.