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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Diese
Erfindung betrifft allgemein Maschinen zum Durchführen von
Hydroforming-Operationen
an Werkstücken.
Insbesondere betrifft diese Erfindung eine verbesserte Struktur
für eine
mechanische Presse, die dazu geeignet ist, eine Hydroforming-Operation an einem
Werkstück
durchzuführen.
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Mechanische
Pressen sind wohlbekannte Maschinen, die gemeinhin zum Herstellen
einer breiten Vielfalt von Werkstücken verwendet werden, die beispielsweise
relativ große
oder dickwandige Werkstücke
enthalten, wie beispielsweise Längsträger (eines
Kraftfahrzeugrahmens), Querelemente und andere Komponenten für Kraftfahrzeugrahmenanordnungen.
Eine typische mechanische Presse enthält einen stationären Teil
(der typischerweise Bett genannt wird) mit einem ersten daran gesicherten Druckplattenabschnitt,
einen beweglichen Teil (der typischerweise Gleiter genannt wird)
mit einem zweiten daran gesicherten Druckplattenabschnitt, und einen
Betätigungsmechanismus
zum selektiven Bewegen des Gleiters in Richtung zu und weg von dem Bett.
Wenn der Gleiter in Richtung zum Bett bewegt wird, gelangen der
erste und der zweite Druckplattenabschnitt in Eingriff mit dem Werkstück und üben Kräfte darauf
aus, um es mechanisch in eine gewünschte Form zu verformen. Wenn
der Gleiter weg von dem Bett bewegt wird, sind der erste und der zweite
Druckplattenabschnitt voneinander beabstandet, um zuzulassen, dass
das verformte Werkstück entfernt
wird, und um zu erlauben, dass das nächste zu verformende Werkstück dazwischen
eingefügt wird.
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Herkömmlich werden
die Werkstücke,
die unter Verwendung herkömmlicher
mechanischer Pressen ausgebildet bzw. geformt werden, aus Flachmaterial
oder aus strukturellen Elementen mit offenem Kanal, d.h. strukturellen
Elementen, die keine kontinuierliche Querschnittsform haben (wie
beispielsweise ein Element mit einem U-förmigen
oder einem C-förmigen
Kanal), geprägt
bzw. gestanzt. Die Ausbildung eines Werkstücks aus einem solchen Flachmaterial
und strukturellen Elementen mit offenem Kanal hat für viele
Jahre zufrieden stellend funktioniert. Jedoch ist es in letzter
Zeit als wünschenswert
erachtet worden, ein Werkstück
aus einem strukturellen Element mit einem geschlossenen Kanal auszubilden,
d.h. einem strukturellen Element mit einer kontinuierlichen Querschnittsform
(beispielsweise einem rohrförmigen
oder kastenförmigen
Kanalelement). Diese Typen von Querschnittsformen mit geschlossenem
Kanal sind als vorteilhaft erachtet worden, weil sie dem geformten
bzw. ausgebildeten Werkstück
Stärke
und Festigkeit bzw. Steifigkeit zur Verfügung stellen, und sie weiterhin
auf einfache Weise vertikal und horizontal ausgerichtete Seitenflächen zur
Verfügung
stellen können,
die das Anbringen von anderen Komponenten daran erleichtern können.
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Hydroforming
ist ein wohlbekannter Metallbearbeitungsprozess, der allgemein zum
Verformen von strukturellen Elementen mit geschlossenem Kanal in
gewünschte
Formen verwendet wird. Hydroforming verwendet gepresstes bzw. gedrücktes Fluid zum
Verformen des Werkstücks
mit geschlossenem Kanal in Übereinstimmung
mit einem Druckplattenhohlraum mit einer erwünschten Form. Eine typische Hydroforming-Vorrichtung
enthält
einen stationären Teil
(der typischerweise Bett genannt wird) mit einem ersten daran gesicherten
Druckplattenabschnitt, einem beweglichen Teil (der typischerweise
Gleiter oder Schlitten genannt wird) mit einem zweiten daran gesicherten
Druckplattenabschnitt und einen Betätigungsmechanismus zum selektiven
Bewegen des Gleiters in Richtung zu und weg von dem Bett. Die Druckplattenabschnitte
haben zusammenarbeitende bzw. kooperierende Ausschnitte darin ausgebildet, die
miteinander einen Druckplattenhohlraum mit einer Form entsprechend
einer gewünschten
Endform für
das Werkstück
definieren. Wenn der Gleiter in Rich tung zum Bett bewegt wird, gelangen
die Druckplattenabschnitte in ein Eingriff miteinander um das Werkstück mit dem
Druckplattenhohlraum zu umgeben. Obwohl der Druckplattenhohlraum
normalerweise etwas größer als
das einem Hydroforming zu unterziehende Werkstück ist, kann eine Bewegung
des Gleiters in Richtung zu dem Bett in einigen Fällen eine
gewisse mechanische Verformung des Werkstücks verursachen. In jedem Fall
wird das Werkstück
dann mit einem Fluid gefüllt,
und zwar typischerweise einer relativ inkompressiblen Flüssigkeit, wie
beispielsweise Wasser. Der Druck des Fluids innerhalb des Werkstücks wird
dann auf eine derartige Größe erhöht, dass
das Werkstück
in Übereinstimmung
mit dem Druckplattengehäuse
verformt wird. Als Ergebnis erlangt das Werkstück die erwünschte Endform. Wenn der Gleiter
weg von dem Bett bewegt wird, sind die Druckplattenabschnitte beabstandet voneinander,
um zuzulassen, dass das verformte Werkstück entfernt wird und das nächste zu
verformende Werkstück
dazwischen eingefügt
wird.
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Ein
Beispiel einer Hydroforming-Vorrichtung ist in dem US-Patent Nr.
5,927,120 der Anmelderin beschrieben, welche Vorrichtung die Basis
für den Oberbegriff
des Anspruchs 1 bildet und wobei obere und untere Druckplattenabschnitte
in jeweiligen oberen und unteren Gefäßelementen eines Druckgefäßes gelagert
sind. Eine aufblasbare Blase ist zwischen einem oder beiden der
Druckplattenabschnitte und den zugehörigen oberen und unteren Gefäßelementen
vorgesehen. Die aufblasbare Blase lässt eine beschränkte Expansion
der oberen und unteren Gefäßelemente
zu, während
eine relative Bewegung zwischen den Druckplattenabschnitten verhindert wird.
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Weil
das herkömmliche
Verfahren zum Herstellen des Werkstücks unter Verwendung einer
herkömmlichen
mechanischen Presse für
Dekaden in weit verbreitetem Einsatz gewesen ist, haben die meisten
Hersteller von diesen Typen von Werkstücken eine relativ große Anzahl
von solchen mechanischen Pressen erlangt. Die monetäre Investition
in diese mechanische Pressen ist ganz wesentlich. Somit haben, obwohl
gefunden worden ist, dass der Hydroforming-Prozess in Bezug auf
strukturelle Elemente mit geschlossenem Kanal eine Anzahl von erwünschten
Charakteristiken besitzt, sich einige Hersteller aufgrund ihrer
früheren
geldlichen Investition in mechanische Pressen langsam dahinbewegt,
ihn anzunehmen. Ebenso erfordert die Erlangung von Hydroforming-Maschinen
eine zusätzliche
wesentliche monetäre
Investition, die die weit verbreitete Annahme von Hydroforming von
einigen Herstellern weiter verlangsamt hat. Somit wäre es erwünscht, eine
verbesserte Struktur für
eine mechanische Presse zur Verfügung
zu stellen, die sie anpassen kann, eine Hydroforming-Operation an
einem Werkstück durchzuführen.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Diese
Erfindung betrifft eine verbesserte Struktur für eine mechanische Presse,
die sie daran anpassen kann, eine Hydroforming-Operation an einem
Werkstück
durchzuführen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist eine mechanische Presse zur Verfügung gestellt, die für einen
Einsatz bei einem Hydroforming eines Werkstücks angepasst ist, mit einem
Rahmen, der eine Basis enthält,
einen Gleiter, der in linearer Richtung relativ zur Basis bewegbar
ist, einen ersten und einen zweiten Druckplattenabschnitt mit jeweiligen
Hohlraumteilen darin ausgebildet, die zusammenarbeiten bzw. kooperieren,
um einen Druckplattenhohlraum zu definieren, der dazu geeignet ist,
ein Werkstück aufzunehmen,
wobei der erste Druckplattenabschnitt auf der Basis gelagert ist,
wobei der zweite Druckplattenabschnitt an dem Gleiter zur Bewegung
damit gesichert ist, eine aufblasbare Blase, die zwischen dem ersten
Druckplattenabschnitt und der Basis oder dem zweiten Druckplattenabschnitt
und dem Gleiter angeordnet ist, und eine Quelle von gepresstem Fluid zum
Zuführen
von gepresstem Fluid in das Werkstück und zum Zuführen von
gepresstem Fluid in die aufblasbare Blase, dadurch gekennzeichnet,
dass die Presse einen Antriebsmechanismus zum Bewegen des Gleiters
relativ zur Basis enthält,
wobei der Antriebsmechanismus einen Motor enthält, der angeschlossen ist,
um eine Kurbelwelle selektiv zu drehen, und einen Stift, der zwischen
der Kurbelwelle und dem Gleiter angeschlossen ist, so dass eine
Drehung der Kurbelwelle durch den Motor eine lineare Bewegung des
Gleiters relativ zur Basis verursacht, und dass die Presse weiterhin
eine Erfassungsanordnung zum Erzeugen eines Signals enthält, wenn der
Gleiter sich einer unteren Totpunktposition relativ zur Basis nähert.
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Bevorzugte
Merkmale der Erfindung sind der Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Anfangs
wird der Antriebsmechanismus im Einsatz betrieben, um den Gleiter
zu seiner unteren Totpunktposition abzusenken, so dass die Druckplattenabschnitte
ein Werkstück
innerhalb eines Druckplattenhohlraums umgeben. Dann wird gepresstes Fluid
in das Werkstück
zugeführt,
um es in Übereinstimmung
mit dem Druckplattenhohlraum nach außen zu erweitern bzw. zu expandieren.
Gleichzeitig wird gepresstes Fluid auch zum Inneren der aufblasbaren
Blase zugeführt.
Die Anwendung von solchem gepresstem Fluid führt dazu, dass die aufblasbare Blase
physikalisch expandiert wird, was veranlasst, dass das Polster bzw.
Kissen, das den unteren Druckplattenabschnitt trägt, relativ zur Basis angehoben
wird. Die Größe dieser
Kraft wird vorzugsweise derart ausgewählt, dass sie nahezu gleich
der Größe der nach
außen
gerichteten Kraft ist, die durch das Werkstück gegenüber dem unteren Druckplattenabschnitt
ausgeübt
wird, und somit gegenüber
dem Polster. Als Ergebnis wird der untere Druckplattenabschnitt
nach oben gezwungen bzw. gedrängt,
um während
der Hydroforming-Operation relativ zu dem oberen Druckplattenabschnitt
bei einer Position zu bleiben. Effektiv unterzieht die aufblasbare
Blase den Rahmen der Presse einer Vorspannung und füllt irgendeinen
zusätzlichen
Raum, der durch die Durchbiegungen der verschiedenen Komponenten
des Rahmens erzeugt wird, um dadurch die Druckplattenabschnitte
während
der Hydroforming-Operation bei einer Position zu halten. Als Ergebnis
kann die Presse daran angepasst werden, relativ große und dickwandige
Werkstücke,
wie beispielsweise Kraftfahrzeugrahmenkomponenten, einer Hydroforming-Operation
zu unterziehen.
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Verschiedene
Aufgaben und Vorteile dieser Erfindung werden Fachleuten auf dem
Gebiet aus der folgenden detaillierten Beschreibung des bevorzugten
Ausführungsbeispiels
offensichtlich werden, wenn sie im Hinblick auf die beigefügten Zeichnungen
gelesen wird.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine vordere Aufrissansicht einer mechanischen Presse gemäß einem
Ausführungsbeispiel
dieser Erfindung, die daran angepasst ist, eine Hydroforming-Operation
an einem Werkstück durchzuführen, wobei
die Komponenten der mechanischen Presse vor dem Beginn der Hydroforming-Operation
gezeigt sind.
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2 ist
eine vergrößerte vordere
Aufrissansicht eines Teils der in 1 dargestellten
mechanischen Presse.
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3 ist
eine Schnittansicht der mechanischen Presse im Aufriss entlang der
Linie 3-3 der 1.
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4 ist
eine vordere Aufrissansicht der in den 1, 2 und 3 dargestellten
mechanischen Presse, welche Ansicht ihre Komponenten während der
Hydroforming-Operation zeigt.
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5 ist
eine vergrößerte vordere
Aufrissansicht eines Teils der in 4 dargestellten
mechanischen Presse.
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6 ist
eine Schnittansicht der mechanischen Presse im Aufriss entlang der
Linie 6-6 der 4.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
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Nimmt
man nun Bezug auf die Zeichnungen, ist dort eine allgemein mit 10 bezeichnete
mechanische Presse gemäß dieser
Erfindung dargestellt, die daran angepasst ist, eine Hydroforming-Operation durchzuführen. Die
allgemeine Struktur und die allgemeine Operation der Presse 10 ist
größtenteils
herkömmlich
im Stand der Technik, und nur diejenigen Teile der Presse 10,
die für
ein vollständiges
Verstehen dieser Erfindung nötig
sind, sind dargestellt und werden beschrieben werden. Die Presse 10 enthält einen
Rahmen 12 mit einer Basis 14, die eine obere Oberfläche 14a definiert.
Eine Basisplatte 16 ist an der oberen Oberfläche 14a der
Basis 14 gesichert. Eine aufblasbare Blase 18 oder
ein anderer hydraulischer Hebemechanismus ist an der oberen Oberfläche der
Basisplatte 16 vorgesehen. Die Struktur und das Verfahren
einer Operation der aufblasbaren Blase 18 werden nachfolgend
detailliert erklärt
werden.
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Wie
es am besten in den 2 und 5 gezeigt
ist, ist ein Polster 20 benachbart zu der oberen Oberfläche der
aufblasbaren Blase 18 positioniert. Somit kann gesehen
werden, dass die aufblasbare Blase 18 zwischen der Basisplatte 16 und
dem Polster 20 der Presse 10 angeordnet ist. Alternativ dazu
kann die Basisplatte 16 weggelassen sein und kann die aufblasbare
Blase 18 direkt benachbart zu der oberen Oberfläche der
Basis 14 angeordnet sein. Die Struktur und die Operation
der aufblasbaren Blase 18 werden weiter unten beschrieben
werden. Das Polster 20 ist vorzugsweise mit einer oder
mehreren Eingriffsoberflächen
versehen, wie beispielsweise die dargestellten gegenüberliegenden
kegelförmigen oder
winkligen Oberflächen 20a.
Die kegelförmigen Oberflächen 20a des
Polsters 20 sind vorgesehen, um mit einer oder mehreren
entsprechenden Eingriffsoberflächen
zu kooperieren, wie beispielsweise dem dargestellten Paar von kegelförmigen oder
winkelförmigen
Oberflächen 22a,
die an einem Paar von Haltern 22 vorgesehen sind, die an
der Basisplatte 16 der Presse 10 gesichert sind.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
sind zwei solche Halter 22 an der Presse 10 auf
entgegengesetzten Seiten des Polsters 20 gesichert. Jedoch
kann irgendeine erwünschte
Anzahl von solchen Haltern 22 bei irgendwelchen erwünschten
Stellen an der Presse 10 vorgesehen sein. Die Halter 22 sind
bemaßt
und geformt, um mit Teilen des Polsters 20 in Eingriff
zu gelangen, um zu verhindern, dass es sich während einer normalen Operation
der Presse 10 relativ zu der Basisplatte 16 in
horizontaler Richtung bewegt (d.h. von vorne nach hinten und von
Seite zu Seite). Jedoch sind die Halter 22 auch vorzugsweise
bemaßt und
geformt, um zuzulassen, dass sich das Polster 20 relativ
zu der Basisplatte 16 auf die unten beschriebene Weise
in vertikaler Richtung bewegt. Eine solche vertikale Bewegung des
Polsters 20 relativ zur Basisplatte 16 wird vorzugsweise
durch den Eingriff der kegelförmigen
Oberflächen 20a des
Polsters 20 und der kegelförmigen Oberflächen 22a der
Halter 22 begrenzt. Somit sind, wie es nachfolgend detaillierter erklärt werden
wird, die kegelförmigen
Oberflächen 20a des
Polsters 20 in Eingriff mit den kegelförmigen Oberflächen 22a der
Halter 22, um die Größe einer solchen
relativen vertikalen Bewegung zu begrenzen. Die Halter 22 können auch
zum Halten der aufblasbaren Blase 18 bei einer vorbestimmten
Position relativ zur Basisplatte 16 der Presse 10 funktionieren.
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Der
Rahmen 12 der Presse 10 enthält weiterhin eine Vielzahl
(vorzugsweise 4) von Pfosten 24, die sich von der oberen
Oberfläche 14a der
Basis 14 nach oben erstrecken. Ein Gleiter 26 ist
für eine
vertikale Gleitbewegung relativ zu dem Rahmen 12 und der
Basis 14 in Eingriff mit den Pfosten 24 oder wird auf
andere Weise an diesen gestützt.
Der Gleiter 26 hat eine obere Oberfläche 26a und eine untere
Oberfläche 26b.
Eine oder mehrere Montageklammern 28 (zwei beim dargestellten
Ausführungsbeispiel)
können
an der oberen Oberfläche 26a des
Gleiters 26 gesichert sein. Die Montageklammern 28 sind
mit den unteren Enden von jeweiligen Kurbelwellenstiften 30 durch
jeweilige Gelenkstifte 30a verbunden, wie es in den 3 und 6 gezeigt
ist. Die oberen Enden der Kurbelwellenstifte 30 sind an
exzentrischen Teilen einer Kurbelwelle 32 drehbar montiert. Auf
eine Weise, die im Stand der Technik wohlbekannt ist, verursacht
eine Drehbewegung der Kurbelwelle 32 eine vertikale Hin-
und Herbewegung des Gleiters 26 relativ zu den Pfosten 24 und
der Basis 14.
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Ein
Antriebssystem ist zum selektiven Drehen der Kurbelwelle 32 vorgesehen,
um eine solche vertikale Hin- und Herbewegung des Gleiters 26 relativ
zur Basis 14 zu bewirken. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel
enthält
das Antriebssystem ein Hauptantriebsgetriebe 34, das an
einem Ende der Kurbelwelle 32 zur Drehung damit gesichert
ist. Ein Zwischengetriebe 36 kämmt mit dem Hauptantriebsgetriebe 34 und
ist an einer Antriebswelle 38 zur Drehung damit gesichert.
Die Antriebswelle 38 erstreckt sich zwischen dem Zwischengetriebe 36 und
einem Ausgangsteil einer Kupplung 40. Ein Eingangsteil
der Kupplung 40 ist mit einem Schwungrad 32 verbunden,
das durch einen Motor 44 mittels eines Riemens 44a auf
eine bekannte Weise konstant rotationsmäßig angetrieben wird. Wenn
die Kupplung 40 in Eingriff ist, ist das Schwungrad 42 angeschlossen,
um die Antriebswelle 38 und die Kurbelwelle 32 rotationsmäßig anzutreiben,
um dadurch eine vertikale Hin- und Herbewegung des Gleiters 26 zu
veranlassen, wie es oben beschrieben ist. Wenn die Kupplung 40 nicht
in Eingriff ist, ist das Schwungrad 42 von der Antriebswelle 38 und
der Kurbelwelle 32 getrennt, um eine solche vertikale Hin-
und Herbewegung des Gleiters 26 zu verhindern. Eine Bremse 46 kann
vorgesehen sein, um eine Drehbewegung der Kurbelwelle 32 bestätigend zu
verhindern, wenn die Kupplung 40 nicht in Eingriff ist.
Es wird erkannt werden, dass irgendein anderes herkömmliches
Antriebssystem zum selektiven Drehen der Kurbelwelle 32 vorgesehen
sein kann, um die vertikale Hin- und Herbewegung des Gleiters 26 relativ
zur Basis 14 zu bewirken.
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Die
Presse 10 enthält
auch eine Druckplatte, die einen oberen Druckplattenabschnitt 48 enthält, der
an der unteren Oberfläche 26b des
Gleiters 26 gesichert ist, und einen unteren Druckplattenabschnitt 50,
der an der oberen Oberfläche
des Polsters 20 gesichert ist. Der obere und der untere
Druckplattenabschnitt 48 und 50 haben jeweilige
Hohlraumteile 52 und 42 darin ausgebildet. Wenn
der obere Druckplattenabschnitt 48 in einen Eingriff mit
dem unteren Druckplattenabschnitt 50 abgesenkt wird, wie es
in den 4, 5 und 6 dargestellt
ist, kooperieren die Hohlraumteile 52 und 54,
um einen Hydroforming-Druckplattenhohlraum zu definieren. Wie es
im Stand der Technik wohlbekannt ist, definiert der Druckplattenhohlraum
eine erwünschte
Form für
ein Werkstück
(nicht gezeigt), das unter Verwendung einer Hydroforming-Operation zu verformen
ist, wie es nachfolgend detailliert beschrieben werden wird.
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Wie
es auch wohlbekannt ist, ist die unterste Totpunktposition des Gleiters 26 die
Stelle, bei welcher die Kurbelwellenstifte 30 zwischen
der Kurbelwelle 32 und dem Gleiter 26 genau in
vertikaler Richtung ausgerichtet sind. Bei dieser untersten Totpunktposition
ist der Gleiter 26 bei seiner untersten Position relativ
zum Polster 20. Aufgrund dieser vertikalen Ausrichtung
der Kurbelwellenstifte 30 werden Reaktionskräfte, die
gegenüber
dem Gleiter 26 nach oben wirken, nicht dazu neigen, die
Kurbelwelle 32 zu drehen, sondern werden vielmehr zum Rahmen 12 der Presse 10 übertragen.
Daher kann die Presse 10 durch Halten der Kurbelwelle 32 bei
dieser unteren Totpunktposition Kräfte gut aushalten bzw. diesen
widerstehen, die nach oben auf den Gleiter 26 wirken, was
dazu neigen würde,
während
einer Hydroforming-Operation
derart aufzutreten, dass der obere und der untere Druckplattenabschnitt 48 und 50 aus einem
Kontakt miteinander bewegt werden.
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Zum
Bestimmen der unteren Totpunktposition kann die mechanische Presse 10 eine
Erfassungsanordnung enthalten, die allgemein bei 56 gezeigt
ist, um zu bestimmen, wenn der Gleiter 26 bei seiner untersten
Position relativ zu dem Polster 20 ist, wobei die Druckplattenabschnitte 48 und 50 in Eingriff
miteinander sind, um den Beginn der Hydroforming-Operation zuzulassen.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
kann die Erfassungsanordnung 56 einen herkömmlichen
Sensor (nicht gezeigt) enthalten, der ein elektrisches Signal erzeugen
kann, wenn der Gleiter 26 bei seiner untersten Position
relativ zum Polster 20 ist. Ein solcher Sensor kann auf eine
Bewegung des Gleiters 26, von einem der Getriebe 34 oder 36,
der Ausgangswelle 38 oder von irgendeiner anderen Komponente
der Presse 10 reagieren, um ein solches Signal zu erzeugen.
Zum Erleichtern der richtigen Positionierung des Gleiters 26 bei
dieser unteren Totpunktposition relativ zum Polster 20 kann
es wünschenswert
sein, einen Rüttelmotor 58 vorzusehen.
Der Rüttelmotor 58 ist
im Stand der Technik herkömmlich
und ist vorgesehen, um relativ kleine Drehbewegungen der Kurbelwelle 32 zu bewirken,
um die genaue untere Totpunktpositionierung des Gleiters 26 nach
einer relativ schnellen Drehbewegung durch den Motor 44 zu
erreichen. Wenn es erwünscht
ist, kann die mechanische Presse 10 eine Verriegelungsvorrichtung 60 zum
sicheren Verriegeln der Kurbelwelle 32 bei ihrer unteren
Totpunktposition enthalten, wenn sie einmal erreicht worden ist.
Es wird erkannt werden, dass irgendeine andere geeignete Erfassungs-,
Bewegungs- und Verriegelungsanordnung vorgesehen sein können, wenn es
erwünscht.
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Wie
es oben angegeben ist, ist die aufblasbare Blase 18 zwischen
der oberen Oberfläche
der Basisplatte 16 und der unteren Oberfläche des
Polsters 20 der Presse vorgesehen. Die aufblasbare Blase 18 ist
entworfen, um während
des Arbeitens der Hydroforming-Operation aus Gründen, die nachfolgend beschrieben
werden, mit gepresstem Fluid gefüllt
zu sein. Um dies zu erreichen, ist eine Zufuhrleitung 62 vorgesehen,
um eine Fluidkommunikation mit dem Inneren der aufblasbaren Blase 18 zur
Verfügung
zu stellen. Die Zuführleitung 62 kann
einen Teil von irgendeiner erwünschten
Quelle von gepresstem Fluid bilden oder mit dieser verbunden sein,
und zwar vorzugsweise derselben Quelle von gepresstem Fluid, die
zum Durchführen
der Hydroforming-Operation verwendet wird. Die Zufuhr von solchem
gepressten Fluid innerhalb der aufblasbaren Blase 18 kann
durch herkömmliche
Ventile (nicht gezeigt) gesteuert bzw. geregelt werden, und die
Operation von solchen Ventilen kann durch ein herkömmliches
Steuersystem bzw. Regelungssystem (nicht gezeigt) gesteuert bzw.
geregelt werden. Die aufblasbare Blase 18 kann in irgendeiner
erwünschten
Form und aus irgendeinem erwünschten
Material gebildet sein, um zu einer physikalischen Expansion in
Reaktion auf das Anwenden von gepresstem Fluid darin fähig zu sein.
Beispielsweise kann die aufblasbare Blase 18 aus einem
Paar von Metallbögen
mit Rändern
gebildet sein, die aneinander gesichert sind, um eine fluiddichte
Hülle zu
bilden. Alternativ kann die aufblasbare Blase 18 aus einem
fluiddichten flexiblen Material gebildet sein, wie beispielsweise
Gummi oder einem anderen elastomeren Material.
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Nun
wird der Betrieb der mechanischen Presse 10 beschrieben
werden. Anfangs wird die Kurbelwelle 32 durch den Motor 44 gedreht,
um den Gleiter 26, der den oberen Druckplattenabschnitt 48 trägt, relativ
zu dem unteren Druckplattenabschnitt 50 anzuheben, wie
es in den 1 und 3 gezeigt
ist. Während
dieser Anfangsperiode wird die aufblasbare Blase 18 entleert,
wie es am besten in 2 gezeigt ist. Als Ergebnis
ist das Polster 20, das den unteren Druckplattenabschnitt 50 trägt, bei
einer abgesenkten Position relativ zur Basis 14. Wenn der Gleiter 26 seine
oberste Position relativ zur Basis 14 erreicht, ist die
Kupplung 40 nicht in Eingriff, um die Antriebswelle 38 von
einem Veranlassen einer weiteren Drehung der Kurbelwelle 32 zu
trennen. Gleichzeitig wird die Bremse 46 betätigt, um
in Eingriff mit der Kurbelwelle 32 zu gelangen, um dadurch
eine weitere Drehung der Kurbelwelle 32 positiv zu verhindern.
Bei dieser Position kann ein Werkstück (nicht gezeigt) innerhalb
des unteren Hohlraumteils 54 platziert werden, der in der
oberen Oberfläche
des unteren Druckplattenabschnitts 50 ausgebildet ist.
Wie es im Stand der Technik bekannt ist, kann das Werkstück vorbereitend
in einer herkömmlichen
Rohrbiegevorrichtung verformt werden, damit es die allgemeine Form
des Druckplattenhohlraums besitzt.
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Danach
wird die Bremse 46 ausgekoppelt und wird die Kupplung 40 eingekoppelt,
um die Antriebswelle 38 zum Drehen der Kurbelwelle 32 zu
verbinden. Wie es zuvor diskutiert ist, veranlasst eine Drehung
der Kurbelwelle 32, dass sich der Gleiter 26 nach
unten bewegt, um den oberen Druckplattenabschnitt 48 in
einen Eingriff mit dem unteren Druckplattenabschnitt 50 abzusenken,
wie es in den 4 und 6 gezeigt
ist. Obwohl der durch den oberen Druckplattenabschnitt 48 und
den unteren Druckplattenabschnitt 50 definierte Druckplattenhohlraum
normalerweise etwas größer als
das einer Hydroforming-Operation zu unterziehende Werkstück ist, kann
eine Bewegung des oberen und des unteren Druckplattenabschnitts 48 und 50 von
der geöffneten Position
zu der geschlossenen Position in einigen Fällen eine mechanische Verformung
des Werkstücks
verursachen. In jedem Fall kann die Kupplung während der Abwärtsbewegung
des Gleiters 26 entkoppelt werden, um die Antriebswelle 38 von
der Kurbelwelle 32 zu trennen. Nichts desto weniger fährt der
Gleiter 26 damit fort, sich mittels seiner Trägheitskraft
und seines Gewichts nach unten zu bewegen. Die Erfassungsanordnung 56 erfasst
die Annäherung des
Gleiters 26 in Richtung zu seiner unteren Totpunktposition,
und bei dem geeigneten Moment koppelt die Bremse 46 ein,
um eine Drehung der Kurbelwelle 32 zu stoppen. Idealerweise
kann die Erfassungsanordnung 56 die Drehung der Kurbelwelle 32 stoppen,
wenn der Gleiter 26 genau bei seiner unteren Totpunktposition
angeordnet ist. Jedoch kann der Gleiter 26 in der Praxis
entweder etwas vor oder nach seiner unteren Totpunktposition gestoppt
werden. In diesen Fällen
kann die Bremse 46 freigegeben werden, und der Rüttelmotor 58 kann
betätigt
werden, um den Gleiter genau bei seiner Totpunktposition zu positionieren,
bevor die Bremse 46 erneut eingekoppelt wird. Die Sicherheitsverriegelungsvorrichtung 60 kann
dann eingekoppelt werden, um den Gleiter 26 bei seiner
unteren Totpunktposition positiv zu sichern.
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Als
nächstes
wird gepresstes Fluid in das Werkstück zugeführt, um die Hydroforming-Operation
durchzuführen.
Um dies zu erreichen, gelangt ein Paar von herkömmlichen Endzufuhrzylindern
(nicht gezeigt) auf wohlbekannte Weise in dichtenden Eingriff mit
den Enden des Werkstücks.
Einer oder beide der Endzufuhrzylinder werden mit einer Quelle von gepresstem
Fluid verbunden, um das Werkstück
mit einem relativ inkompressiblen Fluid niedrigen Drucks zu füllen, wie
beispielsweise mit Wasser. Der Druck des Fluids innerhalb des Werkstücks wird
auf wohlbekannte Wei se auf eine solche Größe erhöht, dass das Werkstück in Übereinstimmung
mit dem durch die kooperierenden Hohlraumteile 52 und 54 definierten
Druckplattenhohlraum nach außen
expandiert wird. Als Ergebnis wird das Werkstück in die erwünschte Endform
verformt.
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Gleichzeitig
damit, dass der Druck des Fluids erhöht wird, wird auch gepresstes
Fluid über
die Zufuhrleitung 62 in das Innere der aufblasbaren Blase 18 zugeführt. Die
Anwendung von solchem gepressten Fluid veranlasst, dass die aufblasbare
Blase 18 physikalisch expandiert wird, wie es am besten
in 5 gezeigt ist. Als Ergebnis ist das Polster 20,
das den unteren Druckplattenabschnitt 50 trägt, bei
einer obersten Position relativ zur Basis 14. Die oberste Position
des Polsters 50 kann durch die Kopplung bzw. das Ineingriffstehen
der kegelförmigen
Oberflächen 20a des
Polsters 20 und der kegelförmigen Oberflächen 22a der
Halter 22 definiert sein, wie es oben beschrieben ist.
In jedem Fall reagiert die aufgeblasene Blase 49 als Ergebnis
einer solchen physikalischen Expansion zwischen der Basisplatte 16 und
dem Polster 20 unter Ausübung einer Kraft zum Zwingen
von ihnen weg voneinander. Die Größe dieser Kraft wird vorzugsweise
derart ausgewählt,
dass sie nahezu gleich der Größe der nach
außen
gerichteten Kraft ist, die durch das Werkstück gegenüber dem unteren Druckplattenabschnitt 50 ausgeübt wird,
und somit gegenüber
dem Polster 50. Als Ergebnis wird der untere Druckplattenabschnitt 50 nach oben
gezwungen, um während
der Hydroforming-Operation bei einer Position relativ zum oberen Druckplattenabschnitt 48 zu
bleiben. Tatsächlich führt die
aufblasbare Blase 49 eine Vorspannung bezüglich des
Rahmens 12 der Presse 10 durch und füllt irgendeinen
zusätzlichen
Raum, der durch die Durchbiegungen der verschiedenen Komponenten des
Rahmens 12 erzeugt wird, um dadurch die Druckplattenabschnitte 48 und 50 während der
Hydroforming-Operation bei einer Position zu halten. Als Ergebnis
kann die Presse 10 daran angepasst werden, für relativ
große
und dickwandige Werkstücke
eine Hydroforming-Operation durchzuführen, wie beispielsweise für Kraftfahrzeugrahmenkomponenten.
Nachdem die Hydroforming-Operation beendet ist, werden die Sicherheitsverriegelungsvorrichtung 60 und
die Bremse 46 ausgekoppelt. Dann wird die Kupplung 40 eingekoppelt,
um die Antriebswelle 38 zum Drehen der Kurbelwelle 32 zu
verbinden, um den Gleiter 26 zu seiner obersten Position
zurückzubringen,
wie es oben beschrieben ist. Der Zyklus für die nächste Hydroforming-Operation kann dann
beginnen.
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Obwohl
diese Erfindung in Zusammenhang mit der zwischen der Basisplatte 16 und
dem Polster 20 angeordneten dargestellten aufblasbaren
Blase 18 beschrieben und dargestellt worden ist, wird es
erkannt werden, dass die aufblasbare Blase 18, wenn es
erwünscht
ist, zwischen dem Gleiter 26 und dem oberen Druckplattenabschnitt 48 angeordnet
sein kann. Weiterhin wird es erkannt werden, dass es beabsichtigt
ist, dass die dargestellte aufblasbare Blase 18 für irgendeinen
Typ von Struktur repräsentativ
ist, der während
der Hydroforming-Operation physikalisch expandiert werden kann,
um dasselbe Ergebnis zu erreichen, wie es oben beschrieben ist.
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Gemäß den Vorschriften
der Patentstatuten sind das Prinzip und der Betriebsmode dieser
Erfindung in ihrem bevorzugten Ausführungsbeispiel erklärt und dargestellt
worden. Jedoch muss es verstanden werden, dass diese Erfindung auf
andere Weise ausgeführt
werden kann, als es spezifisch erklärt und dargestellt ist, ohne
vom Schutzumfang der beigefügten
Ansprüche
abzuweichen.