DE4428564C2 - Vorrichtung zum Herstellen von abgewinkelten Hohlteilen durch Innenhochdruckumformen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen von abgewinkelten Hohlteilen durch Innenhochdruckumformen (IHU).

Die DE 40 17 072 C2 zeigt und beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren für das Innenhochdruckumformen zur Herstellung von geknickt verlaufenden Hohlteilen. Dabei wird ein geradlinig verlaufendes Ausgangsrohrstück in einer Biegeoperation, die der Innenhochdruckumformung vorgeschaltet ist, zunächst in eine dem Verlauf des fertigen Hohlkörpers grob angenäherte Vorform gebogen und diese Vorform in das geöffnete IHU-Werkzeug eingelegt.

Bei einer Anordnung nach der EP 414 545 A2 wird eine zunächst U- förmig in einer bestimmten Ebene gebogene Vorform eines Rohres in ein IHU-Werkzeug eingelegt, wobei die Schenkel der U-Form horizontal liegen. Bei noch offenem Werkzeug werden die Stößel an die offenen Enden des Rohlings dichtend angesetzt und das Rohr bis nahe an den Berstdruck und aufgrund der formgebenden Gravur werden die beiden Schenkel der U-Form des unter Druck stehenden Rohres aus der genannten Ebene heraus gebogen, wobei allerdings die an die Stößel angeschlossenen Enden währenddessen ständig in einer durch die Gravur des unteren Werkzeugteiles vorgegebenen horizontalen Lage verharren.

Eine ähnliche Anordnung zeigt die JP 61-255 725 A, bei der ein gerader Rohr-Rohling durch die Schließbewegung des IHU-Werzeuges in der Weise gebogen wird, daß die Mittelachse des Vorformlings wellenförmig verläuft. Das Werkzeugoberteil und das Werkzeugunterteil des IHU-Werkzeuges sind in Längsrichtung des Rohlings mehrfach unterteilt, wobei die Teile in Längsrichtung des Rohlings verschiebbar sind. Zu Beginn eines Arbeitszyklus werden die Teile axial auseinandergefahren. Zugleich mit dem durch die Schließbewegung des IHU-Werkzeuges verursachten Biegen werden Teile in Längsrichtung axial zusammengefahren. Auch hier verbleiben die mit den Stößeln zusammengesteckten Endpartien des Rohlings während des Biegens horizontal.

Die DE 43 20 236 C1 zeigt eine Vorrichtung zum Herstellen von Hohlkörpern durch Innenhochdruckumformen von Rohren. Bei einer Umrüstung der Produktionseinrichtung von einem Werkstück auf ein anderes müssen die IHU-Werkzeuge ausgetauscht werden. Um diesen Umrüstumfang möglichst gering halten zu können und insbesondere die stirnseitig an die Rohlingenden anzuschließenden Umformstößel und die zugehörigen Arbeitszylinder nicht mit austauschen zu müssen, schlägt die genannte Schrift vor, die Umformstößel bezüglich ihrer Wirkungsachsen und Angriffspunkte im Raum einstellbar zu machen. Die Arbeitszylinder werden danach beim Umrüsten aus der bestehenden Einstellposition gelöst, in die neue Raumlage eingeschwenkt und die neue Einstellposition wird für die Produktion des neuen Teiles mechanisch fixiert.

Ausgehend von dem geschilderten Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung aufzuzeigen, mit der zumindest unter bestimmten, werkstückseitig gegebenen Voraussetzungen auf ein gesondertes, vorgeschaltetes Biegen des Ausgansrohrstückes verzichtet werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Unter folgenden werkstückseitig gegebenen Voraussetzungen kann das Biegen der Vorform in dem IHU-Werkzeug selber durch die Schließbewegung des Werkzeuges vorgenommen und auf ein gesondertes, d. h. exter­ nes Biegen des Ausgangsrohrstückes verzichtet werden:

• - Es ist nur eine Biegung in der Vorform erforderlich und
• - die Biegeebene kann zumindest angenähert orthogonal zur Tei­ lungsebene des IHU-Werkzeuges gelegt werden.

Durch den Wegfall der ehedem gesondert und extern vorzunehmenden Biegeoperation und einer Sägeoperation zum Ablängen entstehen eine Reihe von Vorteilen, nämlich Entfall von Arbeitsmitteln wie Biegemaschi­ nen, u. U. Sägemaschinen und Handhabungseinrichtungen, Einsparung von Bedienungs- und Wartungspersonals dafür und Entfall des Hand­ habungs- und Logistikaufwandes für diesen Vorgang sowie Verminderung des Hallen- und Grundflächenbedarfes für die Fertigung. Da kurze gebogene Vorformen in der konventionellen Biegetechnik nur durch Biegen eines längeren Rohrstückes und Absägen der nicht benötigten geraden Überstände erzeugt werden können, mit der erfindungsgemäßen Biegetechnik aber ohne weiteres auch kurze Rohrbieger unmittelbar gebogen werden können, ermöglicht die Er­ findung auch eine Einsparung von Vormaterial. Dies alles läuft auf eine Produktivitätssteigerung und auf eine ganz erhebliche Kostenreduzierung der Fertigung hinaus.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteran­ sprüchen entnommen werden; im übrigen ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles nach­ folgend noch erläutert; dabei zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, umfassend ein IHU-Werkzeug mit den zugehörigen schwenkbar gelagerten Arbeitszylindern für die Stößel in Ausgangslage,

Fig. 2 die Vorrichtung nach Fig. 1 nach dem Biegen der Vorform durch die Schließbewegung des IHU-Werkzeuges und

Fig. 3 die Vorrichtung nach Fig. 1 oder 2 nach Vollendung des IHU- Vorganges und geöffnetem Werkzeug.

Die in den Fig. 1 bis 3 in unterschiedlichen Phasen des Ar­ beitsspieles gezeigte Vorrichtung dient zum Herstellen von abge­ winkelten Hohlteilen durch Innenhochdruckumformen (IHU). Als ei­ ne wesentliche Komponente enthält die Vorrichtung ein IHU-Werk­ zeug 4, welches entlang einer Formteilungsfläche 6 in einen feststehenden (7) und einen hubbeweglichen Werkzeugteil 8 ge­ teilt ist und durch eine Hubbewegung (Bewegungsrichtung 19) sei­ tens einer nicht dargestellten Presse öffen- und schließbar ist. Die Bewegungsrichtung 19 der Presse ist quer zu den Formtei­ lungsfläche 6 des IHU-Werkzeuges 4 gerichtet. Durch die Gravur 5 des IHU-Werkzeuges 4 wird die gewünschte Endform des fertigen Hohlteiles 3 (Fig. 3) bestimmt. Eine weitere wesentliche Kompo­ nente der Vorrichtung sind die axialbeweglichen Stößel 15, von denen jeweils einer an ein offenes Stirnende des Rohlings 1 dichtend ansetzbar ist; über die Stößel 15 kann ein Druckmedium in den Rohling 1 eingeleitet werden. Die Stößel 15 ihrerseits sind jeweils über Adapter 16 mit den Kolben von Arbeitszylindern 9 verbunden, die zumindest mittelbar die Stößel 15 tragen und un­ ter definierter Krafteinwirkung axial verschieben. Das IHU-Werk­ zeug 4 sowie die beiden Arbeitszylinder 9 sind auf einer mehr­ teiligen Grundplatte 12 aufgebaut. Dabei sind die Arbeitszylin­ der 9 von einer vertikalstehenden Aufnahmeplatte 10 gehalten, die ihrerseits mittels Spannelementen 13 in einer Nut der Grund­ platte 12 festgeklemmt sind. Beim Schließen der Presse taucht auch das obere Ende der Aufnahmeplatte 10 in eine entsprechende Nut am niedergehenden Pressenteil ein, so daß die Aufnahmeplat­ ten 10 oberseitig und unterseitig gegen seitliches Ausweichen formschlüssig abgestützt sind. In den Aufnahmeplatten 10 sind beim dargestellten Ausführungsbeispiel große Öffnungen eingear­ beitet, durch die sich die Arbeitszylinder 9 hindurcherstrecken und von den Aufnahmeplatten 10 annähernd in Schwerpunktlage gehaltert sind. Es sei an dieser Stelle bereits erwähnt, daß die Arbeits­ zylinder 9 schwenkbar an den Aufnahmeplatten 10 gehaltert sind. Und zwar ragen seitlich Schwenkzapfen 11 von den Arbeitszylin­ dern 9 ab, die in entsprechende Lagerpfannen bzw. in Lagerdeckel 14 hineinragen und dort schwenkbar aufgenommen sind. Die Achsen der Schwenkzapfen 11 der beiden gegenüberliegenden Arbeitszylinder 9 liegen zueinander parallel; im übrigen verlaufen sie quer zu den Stößelachsen sowie quer zur Bewegungsrichtung 19 des be­ weglichen Werkzeugteiles 8. Damit die Arbeitszylinder 9 jeweils in eine definierte Schwenklage eingefahren werden können, grei­ fen an ihnen kleine Verstellzylinder 17 an, die ihrerseits in Schwenklagern 18 schwenkbar an der Grundplatte 12 abgestützt sind, so daß die Verstellzylinder 17 beim Verschwenken des Ar­ beitszylinders 9 ihrerseits der Kreisbogenbewegung des Kolben­ stangen-Anlenkpunktes folgen können.

Mit der beschriebenen Vorrichtung lassen sich nach dem bekannten Verfahren des Innenhochdruckumformens Hohlteile herstellen. Bei einem geknickten Verlauf der Hohlteile ist nicht nur die Gravur 5, sondern auch die Formteilungsfläche 6 des IHU-Werkzeuges 4 eben­ falls abgewinkelt. Zur Ausübung des Innenhochdruckumformens wird ein geradlinigverlaufendes Ausgangsrohrstück zunächst in eine den Verlauf des fertigen Hohlkörpers grob angenäherte Vorform 2 gebogen und diese Vorform 2 durch ein hochgespanntes, in das Rohr­ innere eingeleitete Druckmedium und unter äußerer Abstützung an dem formbestimmenden IHU-Werkzeug 4 umgeformt. Dabei wird über die axialbeweglichen Stößel 15, die dichtend an die offenen Stirnenden des Rohlinges 1 ansetzbar und in die Gravur 5 des IHU-Werkzeuges 4 einführbar sind, das Druckmedium in den Rohling 1 eingeleitet; au­ ßerdem wird über die Stößel 15 Material von den offenen Stirnenden des Rohlings 1 her in den Umformbereich hineingeschoben.

Unter der Voraussetzung, daß die Vorform 2 im wesentlichen nur eine Biegung aufweist und daß die Biegeebene zumindest angenä­ hert parallel zur Bewegungsrichtung 19 des beweglichen Werkzeug­ teiles 8 ausgerichtet sein kann, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß das Biegen der Vorform 2 nicht extern in einem gesonderten Arbeitsschritt erfolgt, sondern harmonisch in den Arbeitsablauf der IHU-Vorrichtung integriert ist. Und zwar wird zu diesem Zweck der gerade Rohling 1 beiderends auf die schwenkbar ge­ lagerten und gleichachsig zueinander eingeschwenkten Stößel 15 aufgesteckt; das Biegen der Vorform 2 erfolgt dann durch die Schließbewegung des IHU-Werkzeuges 4. Um dies zu ermöglichen, sind die Formteilungsflächen 6 des IHU-Werkzeuges 4 etwa dem Bie­ geverlauf der Vorform 2 entsprechend ausgebildet und angeordnet. Die Biegeebene der Vorform 2 liegt dabei etwa orthogonal zu den Formteilungsflächen 6 und die Biegeform der Vorform 2 weist pfeil­ artig in Richtung zum feststehenden Teil 7 des IHU-Werkzeuges 4 hin. Die Schwenkzapfen 11 der Arbeitszylinder 9 sind im übrigen derart räumlich zueinander angeordnet, daß die gegenüberliegen­ den Stößel 15 sich in eine zueinander gleichachsig liegende Schwenkstellung einschwenken lassen, wobei die gemeinsame Fluchtlinie der Stößel 15 im Abstand zu dem feststehenden Werkzeug­ teil 7 liegt.

Beim Biegen der Vorform 2 während der Schließbewegung des IHU- Werkzeuges 4 dient die Gravur 5 des beweglichen Werkzeugteiles 8 als Biegegesenk, welches den Rohling 1 partiell umschließt. Um örtliche Druckstellen und ein Einfallen der Rohrwandung zu vermeiden, ist es zweckmäßig, wenn der Rohling 1 bereits vor dem Biegen mit Druckmedium gefüllt und das Biegen selber unter Innendruck erfolgt. Die Größe des Innendruckes liegt zweckmäßiger Weise na­ he des Grenzbereiches der plastischen Verformung des Rohlings oder zumindest nur wenig darunter. Während des gere­ gelten Niedergehens des beweglichen Werkzeugteiles 8 und dem dem­ entsprechenden Biegen der Vorform 2 werden die schwenkbaren Stößel 15 axial nachgeführt, wobei jedoch im wesentlichen keine Axial­ kräfte aufgebaut werden. Vielmehr werden die Stößel 15 mit ge­ ringen Axialkräften nachgeführt, so daß die auf den zunehmend gebogenen Rohling 1 einwirkenden Axialkräfte unterhalb der Knickgrenze des Rohrbiegens liegen. Im übrigen werden die Stößel 15 in Richtung der Schwenkbewegung um die Schwenkzapfen 11 eben­ falls im wesentlichen kraftfrei nachgeführt; es werden also über die Stößel 15 keine Biegekräfte in das Werkstück eingeleitet. Die Arbeitszylinder 9 sind auch während der schwenkenden Nach­ führbewegung bezüglich ihres Eigengewichtes kraftausgeglichen.

Um eine solche Vorgehensweise zu ermöglichen, muß die Steuerung der Vorrichtung entsprechend ausgebildet sein. Nach dem form­ schlüssigen und dichtenden Aufstecken des zunächst noch geradli­ nigen Rohlings 1 auf die beiden Stößel 15 wird der Rohling 1 in der gestreckten Lage zunächst mit Druckmedium gefüllt und die Ar­ beitszylinder 9 lediglich mit einem für eine Stößelnachführung ausreichenden Druck beaufschlagt. Dann wird der bewegliche Werk­ zeugteil 8 auf den feststehenden Werkzeugteil 7 zubewegt und erst nach dem ordnungsgemäßen Schließen des Werkzeuges 4 - die­ ser Zustand ist in Fig. 2 dargestellt - wird der eigentliche IHU-Vorgang eingeleitet. Bei dem dargestellten Ausführungsbei­ spiel handelt es sich um die Herstellung eines Rohr-T-Stückes, bei dem die Abzweigung im Anschluß an das Biegen seitlich ausge­ blasen wird. Diese Endform 3 ist in Fig. 3 gezeigt. Zweckmäßi­ gerweise wird nach Abschluß des Ausblasvorganges zunächst der obere Werkzeugteil 8 hochgefahren und dann werden die Stößel 15 bei offenem IHU-Werkzeug 4 axial aus dem Werkstück herausgezogen. Diese Vorgehensweise garantiert eine reproduziergenaue, liegende Position des Werkstückes im unteren Werkzeugteil 7, was ein stö­ rungsfreies Werkstückhandling bei der automatischen Bauteilent­ nahme gewährleistet.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind bei dem zu ferti­ genden Rohr-T-Stück die beiden durchlaufenden Schenkel zueinan­ der abgewinkelt, wobei der Abzweig quer zu der Biegeebene liegt. Dies ist jedoch keine Voraussetzung für eine Einsatzmöglichkeit der vorliegenden Erfindung. Vielmehr läßt sich bei jeder belie­ bigen umfangsmäßigen Relativlage des Abzweiges zu der Biegeebene der durchgehenden Rohrschenkel die Erfindung anwenden. Die Er­ findung ist auch nicht auf die Herstellung von gewinkelten Rohr- T-Stücken beschränkt; auch beliebige abgewinkelte Hohlkörper lassen sich fertigen. Es ist auch denkbar, daß beide Werkzeug­ teile 7, 8 hubbeweglich in der Vorrichtung gehaltert sind und unter Krafteinwirkung aufeinander und auf das zwischen ihnen von den Stößeln gehalterte Rohrstück zubewegt werden können. In einem solchen Fall können auch Z-förmig gebogene Hohlkörper mit mehr als nur einer Biegung hergestellt und die Vorform dafür inner­ halb des IHU-Werkzeuges 4 gebogen werden.

Claims (4)

1. Vorrichtung zum Herstellen von abgewinkelten Hohlteilen durch Innenhochdruckumformen (IHU),

• - mit einem entlang einer Formteilungsfläche (6) geteilten IHU- Werkzeug (4), welches durch eine Hubbewegung öffen- und schließbar ist, durch seine Gravur (5) die gewünschte Endform (3) des Hohlteiles bestimmt und welches eine durch die Schließbewegung (19) des hubbeweglichen Werkzeugteils (8) herbeigeführte, gebogene Vorform (2) eines rohrförmigen Rohlings (1) aufnimmt,
• - mit einer Einrichtung zum Öffnen und Schließen des IHU-Werkzeuges (4),
• - mit axialbeweglichen Stößeln (15), von denen jeweils einer an ein offenes Stirnende des Rohlings (1) dichtend ansetzbar ist und über die Druckmedium in den Rohling (1) einleitbar ist,
• - wobei die Formteilungsflächen (6) des IHU-Werkzeuges (4) etwa dem Biegeverlauf der Vorform (2) entsprechend ausgebildet und angeordnet sind, und wobei die Biegeebene der Vorform (2) etwa orthogonal zu den Formteilungsflächen (6) liegt und die Biegeform des Rohlings (1) pfeilartig in Richtung zum feststehenden Teil (7) des IHU-Werkzeuges (4) hin weist,
• - wobei hydraulisch beaufschlagbare, die Stößel (15) tragende und diese axial verschiebende Arbeitszylinder (9) jeweils schwenkbar gelagert und mit einem Verschwenkantrieb versehen sind, durch den die Arbeitszylinder (9) zu Beginn eines Arbeitsspieles selbsttätig in die gemeinsame im Abstand oberhalb zu dem feststehenden Werkzeugteil (7) liegende, durch die Schwenkachsen (11) der Arbeitszylinder (9) definierte Fluchtlinie der Stößel (15) einschwenkbar sind,
• - wobei die Schwenkachsen (11) der Arbeitszylinder (9) zumindest angenähert parallel zueinander und quer zu den Stößelachsen sowie quer zur Bewegungsrichtung (19) des beweglichen Teiles (8) des IHU-Werkzeuges (4) liegen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschwenkantrieb der Arbeitszylinder (9) nach formschlüssigem Aufstecken des zunächst noch geradlinigen Rohlings (1) auf beide Stößel (15) auf kraftfreies Nachgeben vorzugsweise unter Gewichtsausgleich der Arbeitszylinder (9) umschaltbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Verschwenkantriebe für jeweils einen Arbeityzylinder (9) seinerseits ebenfalls in Form eines schwenkbaren hydraulischen Verstellzylinders (17) ausgebildet ist, der quer zum Arbeitszylinder (9) sowie quer zu dessen Schwenkachse (11) und im Abstand zu ihr angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Steuerung, die bewirkt, daß nach dem Aufstecken des zunächst noch geradlinigen Rohlings (1) auf beide Stößel (15) diese zunächst mit Druckmedium befüllt, die Arbeitszylinder (9) lediglich mit einem für eine Stößelnachführung ausreichenden Druck beaufschlagt und dann den beweglichen Werkzeugteil (8) auf den feststehenden Werkzeugteil (7) zubewegt und erst nach dem ordnungsgemäßen Schließen des Werkzeuges (4) den IHU-Vorgang einleitet.