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Bereich der
Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein Hydroformsystem, das weniger Kapitalinvestment
erfordert, um rohrförmige
Teile mit Hochdruck zu hydroverformen. Die vorliegende Erfindung
bezieht sich insbesondere auf einen Ersatz des bekannten, getrennten "Verstärkungs"-Systems zur Bereitstellung
hoher Innendrücke
innerhalb des rohrförmigen
Rohteils, das aufgeweitet werden soll.
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Hintergrund
der Erfindung
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Bei
dem bekannten Hydroverformen wird eine Hydroformflüssigkeitszufuhr
mit geringem Druck aus einem Versorgungstank verwendet, um Hydroformflüssigkeit
für eine
schnelle Vorfüllung
des rohrförmigen
Rohteils zuzuführen,
nachdem die Werkzeughohlräume
an dem Rohr geschlossen worden sind, jedoch bevor die Axialzylinder
an dem rohrförmigen
Rohteil in dem Hohlraum angreifen. Folglich ist eine separate Verstärkungseinrichtung
erforderlich, um das rohrförmige
Rohteil in den Hohlraum zu schieben.
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Eine
solche Hydroformpresse ist aus der US-A-3.350.905 bekannt. Sie umfasst
eine am Rohrende angreifende Einrichtung, die bewegbar ist, um ein
rohrförmiges
Rohteil in Längsrichtung
zu komprimieren, wobei diese durch eine zugeordnete Pumpe und ein
Hydroformflüssigkeits-Zufuhrsystem
hydraulisch angetrieben wird, das aus einer Niedrigdruckpumpe zur
Vorfüllung
des rohrförmigen
Rohteils, einer Hochdruckpumpe, die einen Druckverstärker aktiviert,
und einer Leitung für
eine Heranführung
der Hydroformflüssigkeit
aus einem externen Flüssigkeitszufuhrsystem
zu einer am Rohrende angreifenden Konstruktion besteht. Die Hochdruckpumpe
versorgt außerdem
Druckzylinder mit Hilfe eines Ausgleichszylinders, um die Kraft
zu kompensieren, die durch die unter Druck gesetzte Hydroformflüssigkeit aus
dem Inneren des rohrförmigen
Rohteils auf die am Rohrende angreifende Einrichtung aufgebracht wird.
Dieses System ist nicht nur kostenaufwendig, nicht zuletzt wegen
der Verwendung von drei Pumpen, sondern erfordert auch ein kompliziertes
Steuersystem zum Ausgleich der Obergangskräfte der Hydroformflüssigkeit
innerhalb des rohrförmigen
Rohteils und der am Rohrende angreifenden Einrichtung. Durch Fehler
dieses Steuersystems kann entweder das rohrförmige Rohteil zerstört werden
oder Hydroformflüssigkeit
dort verloren gehen, wo die am Rohrende angreifende Einrichtung
mit dem rohrförmigen Rohteil
verbunden ist, wobei das letztgenannte zu einer vollständigen Deformation
führt.
Ein weiterer Nachteil des Systems besteht in der Distanz zur Heranführung der
unter hohen Druck gesetzten Hydroformflüssigkeit von der immobilen
Pumpe und dem Druckverstärker
zu der in Längsrichtung
bewegbaren, am Rohrende angreifenden Einrichtung und von dort zu
der Innenseite des rohrförmigen
Rohteils. Es neigt daher zu einer Leckage und beschränkt den
Hydroformdruck.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
Nachteile des Standes der Technik können dadurch überwunden
werden, dass eine Vorrichtung bereitgestellt wird, die die Hydroformflüssigkeit aus
einem Tank verwendet, um eine relativ geringere Menge an Wasser
zuzuführen,
um den Druck innerhalb des rohrförmigen
Rohteils zu verstärken,
nachdem es abgedichtet ist und zur Aufweitung bereit ist. Diese
geringere Menge an Wasser wird durch einen zweifach wirkenden Zylinder
zugeführt,
der sowohl zum Drücken
des rohrförmigen
Rohteils in den Formhohlraum als auch zur Verstärkung des Flüssigkeitsdrucks
innerhalb des Werkzeughohlraums von einer Seite des Werkzeugs aus
verwendet wird. Durch Ersatz der derzeitigen Verstärker durch
einen zweifach wirkenden Zylinder, der den hydraulischen Druck auf das
rohrförmige
Rohteil und den inneren Flüssigkeitsdruck
zur Verformung aufbringt, werden die Gesamtkosten der Ausrüstung wesentlich
reduziert.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird Wasser mit relativ geringem Druck seitlichen Druckkolben-
oder Hydraulikzylinderanordnungen zugeführt, die zur Aufweitung des
rohrförmigen
Rohteils verwendet werden. Die seitlichen Druckkolbenanordnungen
verwenden die gleiche Hydraulikkraftquelle zur Ausübung sowohl
des Drucks, der zur Aufweitung des Rohrs erforderlich ist, als auch
des Drucks, der dazu erforderlich ist, die entgegengesetzten Enden des
Rohrs nach innen zu drücken,
um die gewünschte
Wanddicke des resultierenden Produktes zu erhalten. Deshalb ist
keine separate Verstärkungseinrichtung
erforderlich.
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Die
vorliegende Erfindung verwendet außerdem vorzugsweise die gleiche
Hydraulikkraftquelle, um außerdem
den nach unten gerichteten Druck auf eine obere Werkzeugeinrichtung
auszuüben,
wenn die obere Werkzeugeinrichtung sich in ihrer abgesenkten Position
befindet, um dem Druck in dem inneren Werkzeugraum während der Unterdrucksetzung
entgegenzuwirken.
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Es
ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung
zum Hydroverformen eines rohrförmigen
Metallrohteils bereitzustellen, die eine Werkzeugeinrichtung, eine
Hydroformflüssigkeitsquelle,
eine hydraulisch angetriebene, an Rohrenden angreifende Einrichtung,
eine hydraulisch angetriebene Druckverstärkungseinrichtung und eine
einzelne Hydraulikkraftquelle umfasst. Die an Rohrenden angreifende
Einrichtung dichtet die entgegengesetzten Enden des rohrförmigen Metallrohteils
in dem Werkzeughohlraum ab und ist bewegbar, um das rohrförmige Metallrohteil
in Längsrichtung
zusammenzudrücken.
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Nach
der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Hydroverformen
eines ringförmigen Metallrohteils
bereitgestellt, die eine Werkzeugeinrichtung, eine Hydroformflüssigkeitsquelle,
eine hydraulisch angetriebene, an den Rohrenden angreifende Einrichtung
und eine hydraulisch angetriebene Druckverstärkungseinrichtung umfasst.
Die Werkzeugeinrichtung besitzt eine innere Werkzeugfläche, die
einen Werkzeughohlraum definiert. Der Werkzeughohlraum ist so aufgebaut
und angeordnet, dass er das ringförmige Metallrohteil aufnehmen
kann. Die Hydroformflüssigkeitsquelle
ist höher
angeordnet als der Werkzeughohlraum und ist so aufgebaut und angeordnet,
dass sie unter Schwerkraft den ringförmigen Metallrohteil innen
mit Hydroformflüssigkeit
versorgt. Die hydraulische, an den Rohrenden angreifende Einrichtung
greift an den gegenüberliegenden Enden
des ringförmigen
Metallrohteils im Werkzeughohlraum an und dichtet diese im Wesentlichen
ab. Die an den Rohrenden angreifende Einrichtung ist beweglich,
um das ringförmige
Metallrohteil in Längsrichtung
zusammenzudrücken.
Die an Rohrenden angreifende Einrichtung nimmt Hydroformflüssigkeit von
der Hydroformflüssigkeitsquelle
auf und weist einen Hydroformflüssigkeits-Zufuhrauslass
auf, durch den die Hydroformflüssigkeit
einem Inneren des rohrförmigen
Metallrohteil zur Verfügung
gestellt werden kann. Die hydraulisch angetriebene Druckverstärkungseinrichtung
ist in Reaktion auf den hydraulischen Flüssigkeitsdruck bewegbar, um
die dem Inneren des rohrförmigen
Metallrohteils zur Verfügung gestellte
Hydroformflüssigkeit
unter Druck zu setzen und hierdurch einen Durchmesser des Rohteils
aufzuweiten, bis eine Außenfläche des
ringförmigen
Metallrohteils mit der der inneren Werkzeugfläche konform ist. Die hydraulisch
angetriebene, an den Rohrenden angreifende Einrichtung ist in Reaktion
auf den hydraulischen Flüssigkeitsdruck
beweglich, damit die an den Rohrenden angreifende Einrichtung das
ringförmige
Metallrohteil in Längsrichtung
zusammendrücken
kann und das Metallmaterial des in Durchmesserrichtung aufgeweiteten
ringförmigen Metallrohteils
veranlasst wird, in Längsrichtung
nach innen zu fließen,
um eine Wandstärke
des in Durchmesserrichtung aufgeweiteten, ringförmigen Metallrohteils aufzufüllen und
dessen Wandstärke
innerhalb eines vorgegebene Bereiches zu halten.
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Das
sich ergebende System ist weniger komplex, weniger schwerfällig und
billiger als herkömmlich
bekannte Systeme.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Ansicht einer Hydroformpressvorrichtung nach den
Grundsätzen der
vorliegenden Erfindung;
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2 ist
eine schematische Ansicht, die der in 1 ähnlich ist,
die jedoch am Rohrende angreifende Einrichtungen zeigt, die in Eingriff
mit den entgegengesetzten Enden des Rohres bewegt sind, das hydroverformt
wird;
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3 ist
eine schematische Querschnittsansicht der hydraulischen seitlichen
Druckkolbenanordnungen und der Werkzeugeinrichtung nach der vorliegenden
Erfindung;
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4 ist
eine Ansicht, die der in 3 ähnlich ist, die jedoch die
am Rohrende angreifenden Einrichtungen zeigt, die in Eingriff mit
den entgegengesetzten Enden des rohrförmigen Rohteils bewegt sind,
das hydroverformt werden soll;
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5 ist
eine Ansicht, die der in 4 ähnlich ist, wobei das Ventil
offen ist, um eine Unterdrucksetzung des zu hydroverformenden Rohres
zu initiieren;
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6 ist
eine Ansicht, die der in 5 ähnlich ist, die jedoch die
anfängliche
Unterdrucksetzung des zu hydroverformenden Rohres zeigt, wobei sich die
obere Werkzeugeinrichtung in einer abgesenkten Position befindet;
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7 ist
eine Ansicht, die der in 6 ähnlich ist, die jedoch die
vollständige
Aufweitung des rohrförmigen
Rohteils und eine nach innen gerichtete Bewegung der hydraulischen
seitlichen Druckkolbenanordnungen zeigt, um die Wanddicke des verformten
Teils aufrechtzuerhalten;
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8 zeigt
den Schritt, der dem von 7 folgt, bei dem die äußeren Druckkolben
in ihre Ursprungsposition innerhalb der seitlichen Druckkolbenanordnungen
nach einem Hydroformvorgang zurückgebracht
sind;
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9 ist
eine vergrößerte schematische Teilansicht
einer zweiten Ausführungsform
einer Hydroformpressvorrichtung gemäß den Grundsätzen der
vorliegenden Erfindung, die die Presse in der offenen Stellung zeigt;
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10 ist
eine schematische Ansicht der vollständigen Hydroformpressvorrichtung,
die teilweise in 9 verkörpert ist, und zeigt die Presse
in der offenen Stellung;
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11 ist
eine schematische Ansicht, die der in 10 gezeigten ähnlich ist,
die jedoch den Pressstempel unten und das Werkzeug geschlossen zeigt;
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12 ist
eine schematische Ansicht, die der in 11 ähnlich ist,
die jedoch die seitlichen Zylinder zeigt, wie sie nach innen auf
die Enden des rohrförmigen
Rohteils drücken,
wenn Flüssigkeit
unter Druck gesetzt wird;
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13 ist
eine Ansicht, die der in 12 gezeigten ähnlich ist,
die jedoch die seitlichen Zylinder zeigt, die nach innen auf die
Enden des rohrförmigen Rohteils
drücken,
wenn die Flüssigkeit
unter Druck gesetzt wird;
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14 ist
eine schematische Ansicht, die der in 13 gezeigten ähnlich ist,
die jedoch ein aufgeweitetes hydroverformtes Rohr zeigt;
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15 ist
eine schematische Ansicht, die der in 14 gezeigten ähnlich ist,
die jedoch den Pressstempel nach Beendigung des Hydroformzyklus
oben zeigt; und
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16 ist
ein vergrößerter Längsschnitt,
der insgesamt die Werkzeughälften
und die seitlich angeordneten Zylinder zeigt, die in 15 gezeigt
sind.
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Ausführliche
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Wie
es in 1 gezeigt ist, weist das Hydroformsystem 10 eine
Hydroformwerkzeugeinrichtung 12 auf, die einen oberen Werkzeugteil 14 und
einen unteren Werkzeugteil 16 umfasst. Der untere Werkzeugteil 16 ist
an einem starren Gestell 18 angebracht.
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Wie
es aus 1 erkennbar ist, wird der obere Werkzeugteil 14 durch
einen oberen hydraulischen Stempel 20 getragen, der die
vertikale Bewegung des oberen Werkzeugteils 14 steuert.
Genauer gesagt, wird der obere Stempel 20 hydraulisch betätigt, damit
durch das Gewicht des Werkzeugteils 14 der obere Werkzeugteil 14 vertikal
nach unten bewegt werden kann, um mit dem unteren Werkzeugteil 16 zu
Beginn eines Hydroformvorgangs zusammenzuwirken. Nachdem der obere
Werkzeugteil 14 abgesenkt worden ist, bringt der obere
Stempel 20 zusätzlich
eine nach unten gerichtete Hydraulikkraft auf den oberen Werkzeugteil 14 auf,
um das Zusammenwirken des oberen Werkzeugteils 14 mit dem
unteren Werkzeugteil 16 aufrechtzuerhalten, während sich Hochdruckbedingungen
innerhalb des Werkzeughohlraums zwischen dem oberen und dem unteren Werkzeugteil 14, 16 gebildet
haben.
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Eine
hydraulische Pumpeinrichtung 22 ist so aufgebaut und angeordnet,
dass sie hydraulische Flüssigkeit
unter Druck dem oberen Stempel 20 über eine Hydraulikflüssigkeitsleitung 24 zur
Verfügung stellt,
um die Zusammenwirkung des oberen Werkzeugteils 14 mit
dem unteren Werkzeugteil gegen die entgegengesetzte Kraft aufrechtzuerhalten,
die durch die zuvor erwähnten
hohen Druckbedingungen in dem Werkzeughohlraum erzeugt wird. In
der Flüssigkeitsleitung 24 ist
ein Servoventil 26 angeordnet, um die Flüssigkeitsströmung zwischen
der hydraulischen Pumpeinrichtung 22 und dem oberen Stempel 20 zu
regulieren.
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Die
hydraulische Pumpeinrichtung 22 ist außerdem mit einem Paar von seitlichen
Druckkolbenanordnungen 28 und 30 verbunden, die
an entgegengesetzten Längsenden
der Werkzeugeinrichtung 12 angeordnet sind. Die seitlichen
Druckkolbenanordnungen 28, 30 umfassen jeweils
Druckkolbengehäuse 32 und 34 und
jeweilige, am Rohrende angreifende Einrichtungen 36 und 38.
Die am Rohrende angreifende Einrichtung 36 steht von dem
seitlichen Druckkolbengehäuse 32 nach
außen
vor, und die am Rohrende angreifende Einrichtung 38 steht
von dem seitlichen Druckkolbengehäuse 34 nach außen vor.
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Wie
es in 2 gezeigt ist, ist die am Rohrende angreifende
Einrichtung 36 von dem Druckkolbengehäuse 32 aus nach innen
und in Eingriff und in Dichtungsbeziehung mit einem Ende eines Rohrs
T bewegbar, das von dem unteren Werkzeugteil 16 getragen
wird. Die am Rohrende eingreifende Einrichtung 38 ist von
dem Druckkolbengehäuse 34 aus nach
innen bewegbar und so konstruiert und angeordnet, dass sie an dem
entgegengesetzten Ende des Rohres T angreift und dieses abdichtet.
Die am Rohrende eingreifende Einrichtung 36 bewegt sich bezüglich des
Druckkolbengehäuses 32 basierend auf
der Hydraulikflüssigkeit
nach innen und nach außen,
die der seitlichen Druck kolbenanordnung 28 durch die hydraulische
Pumpeinrichtung 22 über
drei separate Hydraulikflüssigkeitsleitungen 40, 42 und 44 wie
gezeigt zur Verfügung
gestellt wird. In den Fluidleitungen 44, 42 und 40 sind
Servoventile 46, 48 bzw. 50 zur Regelung
der Flüssigkeitsströmung zwischen
der Pumpeinrichtung 22 und der seitlichen Druckkolbenanordnung 28 angeordnet.
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Auf ähnliche
Weise ist die seitliche Druckkolbenanordnung 30 mit der
hydraulischen Pumpeinrichtung 22 für eine gesteuerte Bewegung
der am Rohrende angreifenden Einrichtung 38 verbunden. Die
seitliche Druckkolbenanordnung 30 ist mit der hydraulischen
Pumpeinrichtung 22 über
drei separate Hydraulikflüssigkeitsleitungen 52, 54 und 56,
wie gezeigt, verbunden. In den Flüssigkeitsleitungen 52, 54 und 56 sind
Servoventile 58, 60 bzw. 62 zur Steuerung
der Flüssigkeitsströmung zwischen
der Pumpeinrichtung 22 und der seitlichen Druckkolbenanordnung 30 angeordnet.
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Die
Hydroformvorrichtung 10 umfasst weiterhin einen oberen
Wassertank 80, der so konstruiert und angeordnet ist, dass
er eine vorgeschriebene Wassermenge halten kann. Der Wassertank 80 ist über eine
Flüssigkeitsleitung 82 mit
der am Rohrende angreifenden Einrichtung 36 der seitlichen
Druckkolbenanordnung 28 verbunden. Ein Servoventil 84 ist in
der Flüssigkeitsleitung 82 angeordnet
und steuert die Wasserströmung
in die am Rohrende angreifende Einrichtung 36, wenn sie
an dem Ende des Rohres T angreift und dieses abdichtet.
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Die
am Rohrende angreifende Einrichtung 36 führt ihrerseits
Wasser dem Innenraum des Rohres T zu.
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Die
Hydroformvorrichtung 10 weist außerdem einen unteren Wassertank 90 auf,
der mit der am Rohrende angreifenden Einrichtung 38 über eine Wasserleitung 92 verbunden
ist. Ein in der Wasserleitung 92 angeordnetes Servoventil 94 regelt
die Wasserströmung
von der am Rohrende angreifenden Einrichtung 38 zu dem
unteren Tank 90.
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Nachdem
die am Rohrende angreifenden Einrichtungen 36, 38 in
Eingriff mit den entgegengesetzten Enden des Rohres T, wie in 2 gezeigt, gebracht
worden sind, wird das Ventil 84 geöffnet, und Wasser strömt von dem
oberen Tank 80 über
die am Rohrende eingreifende Einrichtung 36 durch das Rohr
T und in die am Rohrende eingreifende Einrichtung 38.
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Eine
Abflussleitung 96 ist von dem unteren Werkzeugteil 16 zu
dem unteren Tank 90 verbunden. Nach einem Hydroformvorgang
lässt die
Abflussleitung 36 jegliches verbleibende Wasser in dem
unteren Werkzeugteil 16 in den unteren Tank 90 ab.
Ein Servoventil 98 ist in der Abflussleitung 96 zur
Regelung der Wasserströmung
zu dem unteren Tank 90 angeordnet.
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Nach
einem Hydroformvorgang wird in dem unteren Tank 90 aufgenommenes
Wasser über
eine Rückführleitung 100 zu
dem oberen Wassertank 80 zurückgeführt. Eine einfache Verdrängerwasserpumpe 102 ist
in der Rückführleitung 100 angeordnet,
um das Wasser von dem unteren Tank 90 zu dem oberen Wassertank 80 über die
Rückführleitung 100 zu
pumpen. Ein Servoventil 104 ist in der Rückführleitung 100 angeordnet,
um die Flüssigkeitsströmung von dem
unteren Tank 90 zu dem oberen Wassertank 80 zu
regulieren.
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Die
Hydroformvorrichtung 10 wird nun in 3 genauer
beschrieben. Wie es gezeigt ist, sind die am Rohrende angreifende
Einrichtung 36 und eine Druckverstärkungseinrichtung 110 in
dem Druckkolbengehäuse 32 der
seitlichen Druckkolbenanordnung 28 untergebracht. Wie es
gezeigt ist, umfasst die am Rohrende angreifende Einrichtung 36 einen
Hauptteil 112 und eine Stirnabdeckung 114. Genauer
gesagt, weist der Hauptteil einen rohrförmigen Hülsenabschnitt 116 und
einen sich radial nach außen
erstreckenden Flanschabschnitt 118 auf, der sich von dem
hinteren Ende des Hülsenabschnittes 116 radial
nach außen
erstreckt. Der äußere Umfangsrand 119 des
Flanschabschnittes 118 ist in einer gleitend dichtenden
Beziehung zu einer zylindrischen Innenseitenfläche 120 des Druckkolbengehäuses 32 angeordnet.
Auf ähnliche
Weise ist eine äußere zylindrische
Fläche 122 des
Hülsenabschnitts 116 in
gleitender und dichtender Beziehung mit einer zusammenwirkenden
Fläche 128 angeordnet,
die insgesamt eine Öffnung
in dem Druckkolbengehäuse 32 bildet,
durch die die am Rohrende angreifende Einrichtung 36 vorsteht.
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Die
Stirnabdeckung 114 umfasst einen ringförmigen Flanschabschnitt 130,
der durch geeignete Befestigungselemente 132 an dem kreisförmigen distalen
Ende des Hülsenabschnittes 116 befestigt
ist und abgedichtet ist, das außerhalb
des Druckkolbengehäuses 32 angeordnet
ist. Die Stirnabdeckung 114 weist außerdem einen länglichen
rohrförmigen
Abschnitt 134 auf, der mit dem Flanschabschnitt 130 einteilig
ausgebildet ist und sich axial bezüglich des Hülsenabschnittes 116 nach
außen
erstreckt. Der rohrförmige
Abschnitt 134 hat eine insgesamt zylindrische Außenfläche 136,
die so aufgebaut und angeordnet ist, dass sie eine Umfangsdichtung
mit einem gekrümmten
Oberwerkzeugflächenabschnitt 138 des oberen
Werkzeugteils 14 und einer gekrümmten Un terwerkzeugfläche 140 des
unteren Werkzeugabschnittes 16 bildet, wenn der obere Werkzeugteil 14 geschlossen
ist.
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Die
Stirnabdeckung 114 endet in einem Düsenabschnitt 144,
der von dem rohrförmigen
Abschnitt 134 nach außen
vorsteht. Der Düsenabschnitt 144 ist
im Wesentlichen rohrförmig
und hat im Vergleich mit dem rohrförmigen Abschnitt 134 einen
reduzierten Außendurchmesser.
Ein sich radial erstreckender, ringförmiger Flanschabschnitt 146 ist
an dem Übergang
zwischen dem rohrförmigen
Abschnitt 134 und dem Düsenabschnitt 144 angeordnet.
Der Flanschabschnitt 146 ist so konstruiert und aufgebaut,
dass er dichtend an einem Ende eines Rohrs T angreift, das während eines
Hydroformvorgangs in der Werkzeugeinrichtung 12 angeordnet
ist. Der Düsenabschnitt 144 weist
eine zylindrische Außenfläche 148 auf,
die so aufgebaut und angeordnet ist, dass sie in einem Ende des
Rohres T aufgenommen werden kann. Die Fläche 148 kann vorzugsweise eine
Presspassung mit der Innenwand des Rohrs T an dem einen Ende bilden.
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Eine
Längsbohrung 150 erstreckt
sich durch die Stirnabdeckung 114 und ist so aufgebaut
und angeordnet, dass sie eine Flüssigkeitsverbindung
zwischen der am Rohrende angreifenden Einrichtung 36 und
den inneren Begrenzungen des Rohrs T bildet.
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Die
Druckverstärkungseinrichtung 110 weist einen
insgesamt scheibenförmigen
Basisabschnitt 160 auf, der einen ringförmigen Außenumfang aufweist, der in
gleitend abdichtender Beziehung mit der Innenfläche 120 des Druckkolbengehäuses 32 angeordnet
ist. Ein fester zylindrischer Zwischenblockabschnitt 162 ist
einteilig mit dem Basisabschnitt 160 ausgebildet und weist
im Vergleich mit dem Basisabschnitt 160 einen verringerten
Durchmesser auf. Ein fester zylindrischer vorderer Abschnitt 162 ist
einteilig mit einem Zwischenabschnitt 162 ausgebildet und hat
im Vergleich mit dem Zwischenabschnitt 162 einen verringerten
Durchmesser. Der vordere Abschnitt 164 erstreckt sich von
dem Zwischenblockabschnitt 162 in die inneren Begrenzungen
des Hülsenabschnitts 116 des äußeren Druckkolbens 36.
Die Außenfläche des
vorderen Abschnitts 164 hat eine insgesamt zylindrische
Außenfläche, die
in gleitend abdichtender Beziehung mit der insgesamt zylindrischen,
zusammenwirkenden Innenfläche
des Hülsenabschnitts 116 angeordnet
ist.
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An
dem Übergang
zwischen dem vorderen Abschnitt 164 und dem Zwischenblockabschnitt 162 befindet
sich eine sich radial erstreckende ringförmige Flanschfläche 168.
Die Flanschfläche 168 dient als
hinterer Anschlag für
die am Rohrende angreifende Einrichtung 36.
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In 3 sind
die am Rohrende angreifende Einrichtung 36 und die Druckverstärkungseinrichtung 110 in
ihren hintersten Stellungen innerhalb des Druckkolbengehäuses 32 gezeigt.
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Es
sollte erkennbar sein, dass die seitliche Druckkolbenanordnung 30 im
Wesentlichen identisch mit der seitlichen Druckkolbenanordnung 28 ist, mit
Ausnahme der Verbindungen des unteren Tanks 90 für die Druckkolbenanordnung 30 anstatt
der Verbindung mit dem oberen Tank 80 bei der Druckkolbenanordnung 28.
Deshalb sind in den Figuren ähnliche
Elemente der zwei Druckkolbenanordnungen 28 und 30 mit
gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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Der
Betrieb des Systems wird nun beschrieben. Wie es in 4 gezeigt
ist, wird nach Platzierung des Rohres T in der unteren Werkzeugeinrichtung 16 das
Servoventil 46 geöffnet
und Hydraulikflüssigkeit
unter Druck von der hydraulischen Pumpeinrichtung 22 durch
die Flüssigkeitsleitung 44 in
eine Zwischenkammer 170 befördert, die sich insgesamt zwischen
dem Flanschabschnitt 118 der am Rohr angreifenden Einrichtung 36 und
dem Basisabschnitt 160 der Druckverstärkungseinrichtung 110 in
dem Gehäuse 32 befindet.
Auf ähnliche
Weise wird das Servoventil 62 geöffnet, so dass die hydraulische Pumpeinrichtung 22 Hydraulikflüssigkeit
durch die Flüssigkeitsleitung 56 in
die Zwischenkammer 170 der seitlichen Druckkolbenanordnung 30 befördern kann.
Wenn die Flüssigkeit
auf eine solche Weise zu den seitlichen Druckkolbenanordnungen 28 und 30 befördert wurde,
werden die am Rohrende angreifenden Einrichtungen 36 und 38 nach
innen zueinander bewegt, so dass der Flanschabschnitt 146 von
jeder an den entgegengesetzten Enden des Rohrs T angreift und dieses
abdichtet.
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Wie
es in 5 gezeigt ist, wird als Nächstes das Servoventil 84 geöffnet, damit
Wasser aus dem oberen Wassertank 80 durch die Flüssigkeitsleitung 82 in
eine Druckverstärkungskammer 174 strömen kann,
die innerhalb der Begrenzungen der am Rohrende angreifenden Einrichtung 36 zwischen
dem innersten Ende der Druckverstärkungseinrichtung 110 und
der Stirnabdeckung 114 angeordnet ist. Die Flüssigkeit
bewegt sich durch die Bohrung 150 der am Rohrende angreifenden
Einrichtung 36 in das Rohr T und wird daraufhin durch die
Bohrung 150 in dem entgegengesetzten äußeren Druckkolben 38 in
die vorderen Kammer 174 des äußeren Druckkolbens 38 übertragen.
Während
dieses Vorgangs des Füllens des
Rohres T wird zunächst
ein Servoventil 94 geöffnet,
woraufhin eine Fluidströmung
zu dem unteren Tank 90 möglich ist. Mit dieser Fluidströmung durch das
Rohr T werden im Wesentlichen alle Luftblasen aus dem Rohr T gespült. Daraufhin
wird das Servoventil 94 geschlossen und das Rohr T in einem
vorherbestimmten Ausmaß unter
Druck gesetzt.
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Wie
es in 6 gezeigt ist, wird nach Füllung des Rohres T mit Flüssigkeit
der obere Werkzeugteil 14 auf den unteren Werkzeugteil 16 abgesenkt,
um dazwischen einen geschlossenen Werkzeughohlraum 190 zu
bilden, vorzugsweise mit einer eingekapselten Querschnittsform.
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Beim
Absenken des oberen Werkzeugteils 14 werden das mit der
am Rohrende angreifenden Einrichtung 36 verbundene Servoventil 84 und
das mit der am Rohrende eingreifenden Einrichtung 38 verbundene
Servoventil 94 geschlossen. Daraufhin werden die Servoventile 48 und 60 geöffnet, und
Hydraulikflüssigkeit
wird unter Druck durch die hydraulische Pumpeinrichtung 22 durch
die Hydraulikleitungen 42 und 54 zugeführt, um
hintere Kammern 194 unter Druck zu setzen, die hinter den
Druckverstärkungseinrichtungen 110 der
zugeordneten seitlichen Druckkolbeneinrichtungen 28 und 30 angeordnet sind.
Die innerhalb der hinteren Kammern 194 vorgesehene Flüssigkeit
verursacht eine Bewegung der Druckverstärkungseinrichtungen 110 nach
innen zueinander, um das Wasser innerhalb der Druckverstärkungskammern 174 durch
die Flüssigkeitszufuhrauslässe 150 und
in das Rohr T zu verschieben. Wie es gezeigt ist, verursacht eine
Zwangsbewegung des inkompressiblen Wassers, das in den Druckverstärkungskammern 174 enthalten
ist, in das Rohr T eine anfängliche
diametrale Aufweitung des Rohrs T.
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Wie
es in 7 gezeigt ist, werden die Druckverstärkungseinrichtungen 110 weiter
nach innen zueinander gedrückt,
um Wasser in den Druckverstärkungskammern 174 zu
verlagern und das Rohr T weiter diametral aufzuweiten. Die Servoventile 46 und 62 bleiben
offen, damit unter Druck gesetzte Hydraulikflüssigkeit weiter von der Pumpeinrichtung 22 durch
die Hydraulikleitungen 44 und 56 strömen kann,
um die Zwischenkammern 170 der seitlichen Druckkolbenanordnungen 28 und 30 unter Druck
zu setzen. Unter Druck in die Zwischenkammern 170 zugeführte Flüssigkeit
verursacht eine Längsbewegung
der am Rohrende angreifenden Einrichtungen 36 und 38 nach
innen zueinander und gegen die entgegengesetzten Enden des Rohrs
T. Eine Bewegung der äußeren Druckkolben 36 und 38 auf diese
Weise verursacht eine Strömung
des das Rohr T bildenden Metallmaterials (vorzugsweise Stahl) entlang
der Länge
des Rohrs, so dass der Durch messer des Rohrs in einigen Bereichen
um 10 % oder mehr aufgeweitet werden kann, während die Wanddicke des hydroverformten
Rohrs T vorzugsweise innerhalb ± 10 % der Wanddicke des originalen
Rohrrohteils gehalten wird.
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Es
ist besonders bevorzugt, dass ein Flüssigkeitsdruck zwischen 2.000
und 3.500 Atmosphären
zur Aufweitung des Rohrs verwendet wird. Abhängig von der Anwendung kann
es auch bevorzugt sein, Drücke
zwischen 2.000 und 10.000 Atmosphären zu verwenden, obwohl auch
höhere
Drücke
verwendet werden können.
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Nachdem
das Rohr T zur gewünschten
Form verformt wurde, die der Form des Werkzeughohlraums entspricht,
hört die
Pumpe 22 auf, die Flüssigkeitsleitungen 42, 44, 54 und 56 unter
Druck zu setzen. Dann werden die Ventile 50 und 58 geöffnet, damit
Hydraulikflüssigkeit
unter Druck von der hydraulischen Pumpeinrichtung 22 durch
die Flüssigkeitsleitungen 40 und 52 strömen kann.
Hierdurch wird Hydraulikflüssigkeit
unter Druck den Rückführkammern 200 zugeführt, die,
wie gezeigt, vor dem Flanschabschnitt 118 der am Rohrende
angreifenden Einrichtungen 36 und 38 angeordnet
sind. Die Unterdrucksetzung der Rückführkammern 200 bewegt
die am Rohrende angreifenden Einrichtungen 36 und 38 nach
außen
innerhalb des jeweiligen Druckkolbengehäuses 32 und 34,
so dass die am Rohrende eingreifenden Einrichtungen 36 und 38 außer Eingriff
mit den entgegengesetzten Enden des Rohrs T kommen, wie es in 8 gezeigt
ist.
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Wenn
die am Rohrende angreifenden Einrichtungen 36 und 38 nach
außen
innerhalb der Druckkolbengehäuse 32 und 34 bewegt
werden, greifen die Flansche 118 an den nach vorne zeigenden
Flanschflächen 168 der
Druckverstärkungseinrichtungen 110 an
und bewegen die Druckverstärkungseinrichtungen 110 nach
außen.
Schließlich
erreichen die Druckverstärkungseinrichtung
und die am Rohrende angreifenden Einrichtungen ihre Ursprungspositionen,
wie es ein Vergleich zwischen 3 und 8 zeigt.
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Während dieser
nach außen
gerichteten Bewegung der Druckverstärkungseinrichtungen 110 und
der am Rohrende angreifenden Einrichtungen 36 und 38 sind
die Ventile 48, 46, 60 und 62 offen,
damit eine Rückströmung von
Hydraulikflüssigkeit
in ein Hydraulikflüssigkeitsresorvoir
möglich
ist, das in der hydraulischen Pumpeinrichtung 22 enthalten
ist.
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Nachdem
die am Rohrende angreifenden Einrichtungen 36 und 38 außer Eingriff
mit den entgegengesetzten Enden des Rohres T gebracht worden sind,
wird Wasser, das in dem am Rohrende angreifenden Einrichtungen und
in dem Rohr T verblieben ist, durch die Abflussleitung 96 über das
offene Servoventil 98 in den unteren Tank 90 abgelassen.
Das in dem unteren Tank 90 enthaltene Wasser wird in den
oberen Tank 80 durch die Rückführleitung 100 zurückgeführt, wenn
die Wasserpumpe 102 betätigt wird.
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Da
die seitlichen Druckkolbeneinrichtungen 28 und 30 der
vorliegenden Erfindung Druckverstärkungseinrichtungen 110 innerhalb
der am Rohrende angreifenden Einrichtungen 36 und 38 verwenden, ist
es vorteilhafter Weise nicht erforderlich, ein separates, kostenaufwändiges "Verstärker"-System vorzusehen,
um hohe Innendrücke
zur Aufweitung des Rohrs bereitzustellen. Solche Verstärkungseinrichtungen
sind normalerweise bei Hochdruck-Hydroformsystemen erforderlich
(d.h. bei Hydroformsystemen, die hydraulische Aufweitungsdrücke verwenden,
die größer als
2.000 Atmosphären
sind) und waren bislang insbesondere bei Hochdruck-Hydroformvorgängen erforderlich,
bei denen an den entgegengesetzten Enden eines Rohrs angegriffen
wurde und diese nach innen gedrückt
wurden, um eine Metallmaterialströmung entlang der Länge des
Rohrs zu bewirken, um die Wanddicke des Rohrs während seiner Aufweitung wiederherzustellen
oder aufrechtzuerhalten. Normalerweise wurden Verstärkungseinrichtungen
in Verbindung mit separaten seitlichen Druckkolbeneinrichtungen
verwendet, die nur zum Drücken der
entgegengesetzten Enden des Rohrs nach innen verwendet wurden, um
die zuvor erwähnte
Materialströmung
zu bewirken.
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Die
vorliegende Erfindung führt
die gleiche gewünschte
Funktion wie ein Hydroformsystem mit der herkömmlichen Verstärkungseinrichtung
durch, sie ist jedoch viel kosteneffektiver. Bei der vorliegenden
Erfindung wird Wasser mit relativ geringem Druck, vorzugsweise durch
Schwerkraft (oder eine einfache Niedrigdruck-Zirkulationspumpe)
den seitlichen Druckanordnungen zugeführt. Die seitlichen Druckkolbenanordnungen
verwenden dann die gleiche hydraulische Kraftquelle (z. B. die hydraulische Pumpe 22),
um sowohl die zur Aufweitung des Rohres erforderlichen Drücke als
auch die Drücke
auszuüben, die erforderlich sind, um die entgegengesetzten
Enden des Rohres nach innen zu drücken, um die gewünschte Wanddicke
aufrechtzuerhalten.
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Ein
weiteres vorteilhaftes Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die
Verwendung der gleichen hydraulischen Pumpe 22, die wie
vorstehend erwähnt
auch zur Aufbringung des nach unten gerichteten Drucks auf den oberen
Werkzeugteil 14 verwendet wird, wenn der obere Werkzeugteil 14 sich
in seiner abgesenkten Position befindet. Die hydraulische Pumpe 22 bewirkt
eine nach unten gerichtete Kraft auf den oberen Werkzeugteil 14,
um den Druck in dem Innenraum des Werkzeughohlraums während der
Unterdrucksetzung des Rohres entgegenzuwirken und somit den oberen
Werkzeugteil 14 in der abgesenkten Position zu halten.
Das endgültige
System ist außerdem
weniger kom plex und weniger schwerfällig als das bekannte System.
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Nun
Bezug nehmend auf die 9 bis 16 wird
eine vergrößerte Teilansicht
eines Hydroformsystems gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Erfindung insgesamt mit 220 bezeichnet. Die bevorzugte
Vorrichtung umfasst fünf
Haupteinrichtungen: Eine Rahmeneinrichtung, die insgesamt eine strukturelle
Unterstützung
bereitstellt und insgesamt mit 222 bezeichnet ist, eine
obere Presseinrichtung, die insgesamt mit 224 bezeichnet
wird, eine untere Presseinrichtung, die insgesamt mit 226 bezeichnet wird,
eine Hydroformwerkzeugeinrichtung, die insgesamt mit 228 bezeichnet
wird, und eine Hydraulikleitungseinrichtung, die insgesamt mit 230 bezeichnet wird.
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Insbesondere
Bezug nehmend auf 9 weist die Rahmeneinrichtung 222 ein
Paar von Seitenrahmenelemente 232 der Presse auf, die als
parallele, seitlich im Abstand angeordnete, längliche vertikale Elemente
zur Anbringung der oberen Presseinrichtung 224 und der
unteren Presseinrichtung 228 gezeigt sind. Die oberen Enden
der seitlichen Rahmenelemente 232 weisen eine Deckplatte 234 auf, die über ihren
Oberseiten angebracht ist. Die Deckplatte 234 dient als
Träger
für Teile
des hydraulischen Flüssigkeitssystems,
das nachstehend beschrieben wird.
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Die
obere Presseinrichtung 224 ist wie folgt ausgebildet. Eine
Zylinderbefestigungsplatte 236 ist mit ihren Enden an den
Seitenrahmenelementen 232 der Presse angeordnet. Ein Druckkolbenzylinder 238 ist
insgesamt zentral an der Zylinderbefestigungsplatte 236 angeordnet
und weist eine Druckkolbenstange 240 auf, die sich durch
eine vertikal angeordnete Kolbenstangenöffnung 242 in der
Zylinderbefestigungsplatte 236 hindurch erstreckt. Ein
oberer Abschnitt der Kolbenstange 240 hat einen aufgeweiteten äußeren Durchmesser,
der es ermöglicht,
den oberen Abschnitt der Stange 240 in gleitenden dichtenden
Eingriff mit der Innenfläche
des Zylinders 238 anzuordnen. Ein durch den oberen Abschnitt
der Kolbenstange 240 und die Innenflächen des Zylinders 238 gebildeter
Raum bildet eine obere Druckkammer 244. Der Kolbenstangendurchmesser
unterhalb des beschriebenen oberen Endabschnitts ist leicht reduziert
und bildet eine untere Druckkammer 246 zwischen der zylindrischen äußeren Fläche der
Stange 240 und den Innenflächen des Zylinders 238.
Die untere Druckkammer 246 wird an ihrem unteren Ende durch
einen sich radial nach innen erstreckenden Abschnitt der Basis des
Zylinders 238 gebildet und an ihrem oberen Ende durch die
ringförmige
untere Fläche
des oberen Abschnitts mit größerem Durchmesser
der Kolbenstange 240 gebildet. An dem unteren Ende der
Kolbenstange 240 ist ein Druckkolben 248 fest
angebracht. Der Druckkolben 248 erstreckt sich horizontal
und überspannt
nicht ganz den seitlichen Abstand zwischen den zwei Rahmenelementen 232.
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Die
untere Presseneinrichtung 226 weist ein Pressenbett 250,
einen rechten Ausleger 252, der fest an dem Pressen bett 250 durch
einen Zug bolzen 254 befestigt ist, und einen linken Ausleger 256 auf, der
mit dem Pressen bett 250 durch einen anderen Anzugsbolzen 254 befestigt
ist. Das Pressen bett 250 trägt die untere Werkzeughälfte 260 und
bildet ein Fundament für
andere Einrichtungen. Die unteren Enden der Seitenrahmenelemente 232 der
Presse sind fest an dem Pressenbett 250 in der Nähe der entgegengesetzten
Enden des Bettes 250 befestigt. Der rechte Ausleger 252 und
der linke Ausleger 256, die eine Unterstützung für die hydraulisch
angetriebenen Zylinder 274 und 292 der Einrichtungen
bilden, wie es nachstehend beschrieben wird, sind fest an den seitlichen
Enden des Pressenbettes befestigt und erstrecken sich von dem Bett 250 insgesamt nach
oben und seitlich nach außen.
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Weiter
Bezug nehmend auf das in 9 verkörperte Hydroformsystem 220 umfasst
die Werkzeugeinrichtung 228 (die in 16 vergrößert ist) eine
obere Werkzeug hälfte 258 und
eine untere Werkzeug hälfte 260.
Die Zylinder 274 und 292 sind an den zuvor erwähnten linken
und rechten Auslegern angebracht. Die Werkzeughälften 258 und 260 haben
jeweilige Innenflächen 264 und 270,
die zur Bildung eines Werkzeughohlraums 262 zusammenwirken,
der die Größe und Form
bildet, in die ein Rohrrohteil zu hydroverformen ist. Der oberste
obere Abschnitt der oberen Werkzeughälfte 258 ist an der Unterseite
des Pressstempels 248 befestigt. Die untere Werkzeug hälfte 260 ist
fest an dem Pressenbett 250 befestigt.
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Die
untere Werkzeughälfte 260 hat
dieselbe Gesamtgröße und Form
wie die obere Werkzeughälfte 258,
ihre innere Werkzeugfläche 264 ist
jedoch bezüglich
der unteren Werkzeughohlraumfläche 270 umgekehrt.
In der oberen und der unteren Werkzeughälfte 258 und 260 sind
obere und untere Werkzeugaufnahmen oder Klemmeinrichtungen 266 und 272 angeordnet,
die zusammenwirken, um die Außenfläche des
Rohrrohteils T in der Nähe
seiner Längsenden
zu umklemmen und hierdurch das Rohrrohteil innerhalb des geschlossenen
Werkzeugs festzuhalten. In einer der unteren Werkzeugaufnahmen ist
ein Fluideinlass 273 angeordnet, der nachstehend in größerem Detail
beschrieben wird. Ein Paar von hydraulisch angetriebenen Einrchtungen 274 und 292,
die mit der Rohrachse fluchten und in Richtung der Enden des Rohrrohteils
T ausgerichtet sind, sind entlang der Achse des Werkzeughohlraums
und der Werkzeug aufnahmen 266 und 272 angeordnet
und über
die Seitenrahmenelemente 232 der Presse an den Auslegern 252 und 256 hinaus
angebracht.
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Einer
der Zylinder 274, der an dem linken Ausleger 256 angebracht
ist, ist ein seitlicher Drückzylinder.
Dieser Zylinder 274 besteht aus einem vorderen Element 276 und
einem hinteren Element 278, die an der oberen Fläche des
linken Auslegers 256 befestigt sind, und einem zylindrischen
Wandelement 280, das zwischen dem vorderen und hinteren
Element 276 und 278 befestigt ist. Das vordere
Element 276 hat eine zentrale Öffnung, durch die sich eine
am Rohr angreifende Einrichtung 282 gleitend und abgedichtet
bewegen kann. Das hintere Ende 281 der am Rohrende angreifenden
Einrichtung 282 ist innerhalb des Zylinders 274 angeordnet
und hat einen Durchmesser, der in gleitend abgedichteter Beziehung
mit dem zylindrischen Wandelement 280 angeordnet ist. Die
weiter vorne vorgesehenen Abschnitte der am Rohrende angreifenden
Einrichtung 282 haben einen geringeren Durchmesser als
der beschriebene hintere Endabschnitt, wodurch eine seitliche Zylinderkammer 284 erzeugt
wird, die durch die äußeren zylindrischen
Seitenflächen
der am Rohrende angreifenden Einrichtung 282, die zylindrische
Innenfläche
des zylindrischen Wandelements 280, die ringförmige, nach innen
zeigende Fläche
des hinteren Endes 281 der am Rohrende angreifenden Einrichtung 282 und
die ringförmige,
nach hinten zeigende Innenfläche
des vorderen Elements 276 des Zylinders 274 gebildet wird.
Eine hintere Druckkammer 286 wird durch die nach vorne
zeigende Innenfläche
des hinteren Elements 278 des Zylinders 274, das
zylindrische Wandelement 280 und die Rückfläche des hinteren Endabschnitts 281 der
am Rohrende angreifenden Einrichtung 282 gebildet. Diese
Kammern 284 und 286 stehen mit Hydraulikflüssigkeitsleitungen
in Verbindung, wie es beschrieben werden wird. Ein vorderer Endabschnitt
der am Rohrende angreifenden Einrichtung 282, der über das
vordere Element 276 des Zylinders 274 hervorsteht,
hat einen leicht reduzierten Durchmesser, und das vordere Ende dieses
vorderen Abschnittes der Kolbenstange ist ein am Rohr eingreifender
Abschnitt in Form eines verjüngten
Nasenabschnittes 288. Der verjüngte Nasenabschnitt 288 ist
so konstruiert und aufgebaut, dass er innerhalb des offenen Endes
eines Rohrrohteils T aufgenommen wird, das hydroverformt wird. Der
hintere Abschnitt des verjüngten
Nasenabschnittes 288 weist vorzugsweise einen sich radial
nach außen
erstreckenden ringförmigen
Flansch (nicht gezeigt) auf, der an die Stirnkante des Rohrrohteils
T anschlägt, damit
der Nasenabschnitt 288 eine wesentliche Kraft gegen das
Rohrende in Längsrichtung
des Rohres aufbringen kann. Eine relativ feine Bohrung, die einen
Flüssigkeitsauslass 289 bildet,
ist durch den Nasenabschnitt 288 hindurch ausgebildet und
erstreckt sich von einer Innenkammer 290 innerhalb des
sich nach innen erstreckenden Abschnittes der am Rohrende angreifenden
Einrichtung 282, um Flüssigkeit aus
der Kammer 290 in das rohrförmige Rohteil T zu übertragen,
wenn der Nasenabschnitt 288 abgedichtet mit dem Ende des
Rohteils T in Eingriff steht.
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An
der entgegengesetzten Seite des Hydroformpressenbettes 250 befindet
sich eine hydraulisch angetriebene Doppelzylindereinrichtung 292, die
fest an der Oberseite des rechten Auslegers 252 angebracht
ist. Die Doppelzylindereinrichtung 292 hat eine Innenwand 294 und
eine Außenwand 296, die
fest an dem rechten Ausleger 252 angebracht ist. Ein zylindrisches
Wandelement 298 ist zwischen der Innenwand 294 und
der Außenwand 296 befestigt, um
eine Zylinderkammer zu bilden. Innerhalb des Innenraums der Doppelzylinderanordnung 292 sind eine
hydraulisch angetriebene Druckverstärkungseinrichtung 300 und
ein hydraulisch angetriebene, am Rohrende eingreifende Einrichtung 304 angeordnet.
Die hydraulisch angetriebene Druckverstärkungseinrichtung 300 weist
einen äußeren Endabschnitt 299 auf,
der in gleitend abdichtender Beziehung mit einer Innenfläche eines
zylindrischen Wandelements 298 und einem sich nach innen
erstreckenden Abschnitt 303 mit einem relativ verringerten
Durchmesser angeordnet ist. Der sich nach innen erstreckende Abschnitt 303 mit
verringertem Durchmesser der Druckverstärkungseinrichtung 300 geht
gleitend abgedichtet durch eine Öffnung
hindurch, die in einem ringförmigen
Zylinderteiler 302 ausgebildet ist, der ungefähr in der
Mitte längs
der Längsachse
des zylindrischen Wandelements 298 angeordnet ist. Die
hydraulisch angetriebene, am Rohrende angreifende Einrichtung 304 innerhalb
der Doppelzylinderanordnung 292 ist rohrförmig und
bezüglich
des Zylinderteilers 302 nach innen angeordnet. Die am Rohrende
angreifende Einrichtung 304 hat einen hinteren Endabschnitt 311,
der sich in gleitend abdichtender Beziehung mit der Innenfläche der Zylinderwand 298 befindet.
Ein länglicher,
zylindrischer Haupthülsenabschnitt 309 mit
einem verringerten Durchmesser erstreckt sich nach innen durch eine Öffnung,
die in der Innenwand 294 ausgebildet ist, und bewegt sich
gleitend abgedichtet in dieser. Ein am Rohrende angreifender Abschnitt
in Form eines verjüngten
Nasenabschnittes 307 ist an dem innersten Ende des zylindrischen
Hülsenabschnitts 309 ausgebildet.
Der Nasenabschnitt hat eine ähnliche
Ausbildung wie der Nasenabschnitt 288, der vorstehend beschrieben
wurde. Der sich nach innen erstreckende Abschnitt 303 der
Druckverstärkungseinrichtung 300,
an dessen innerstem Ende Hochdruckdichtungen 301 befestigt
sind, ist gleitend innerhalb des Zylinders 309 der Druckkolbeneinrichtung 304 angebracht.
Eine Verstärkungsflüssigkeitskammer 306 ist
inwärts
der Hochdruckdichtungen 301 der Druckverstär kungseinrichtung 300 und
innerhalb der Druckkolbeneinrichtung 304 gebildet.
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Der
Nasenabschnitt 307 weist eine relativ feine Bohrung auf,
die einen durch ihn ausgebildeten Fluidauslass 308 bildet,
der sich von der Verstärkungskammer 306 aus
nach innen erstreckt und durch einen innersten Abschnitt des verjüngten Nasenabschnittes 307 mündet, damit
die Kammer 306 mit dem angrenzenden Ende des Rohrrohteils
T in Fluidverbindung stehen kann.
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Eine
Druckkammer 310 ist zwischen dem hinteren Endabschnitt 299 der
hydraulisch angetriebenen Druckverstärkungseinrichtung 300 und
der äußeren Wand 296 des
Doppelzylinders 292 angeordnet. Eine Rückführkammer 312 ist zwischen
der ringförmigen,
nach innen zeigenden Fläche
des äußeren Endabschnitts 299 der
Druckverstärkungseinrichtung 300 und
der nach außen
zeigenden Fläche des
Zylinderteilers 302 angeordnet. Eine Druckkammer 314 einer
am Rohrende angreifenden Einrichtung ist zwischen der nach innen
zeigenden Fläche des
Zylinderteilers 302 und der nach außen zeigenden Fläche des äußeren Endabschnitts 311 der
hydraulisch angetriebenen, am Rohrende angreifenden Einrichtung 304 ausgebildet.
Eine Rückführkammer 316 einer
am Rohrende angreifenden Einrichtung ist um den zylindrischen Hülsenabschnitt 309 der
am Rohrende angreifenden Einrichtung 304 und der Innenwand 294 der
Doppelzylinderanordnung 292 gebildet. Diese Kammern weisen Öffnungen
zu Flüssigkeitsleitungen
auf, wie es unten stehend beschrieben wird.
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Die
Hydroformeinrichtung 220, die in den 9 bis 16 gezeigt
ist, umfasst eine Hydraulikleitungseinrichtung 230, die
aus Flüssigkeitsleitungen,
Reservoirs, Pumpen und Ventilen besteht, wie nachstehend anhand
der folgenden Beschreibung des Betriebs der Erfindung beschrieben
werden wird.
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Die 9 und 10 zeigen
die Hydroformwerkzeugeinrichtung 228 in ihrer offenen Stellung. Insbesondere
Bezug nehmend auf 10 sind in der offenen Stellung
der Pressenstempel 248 und die obere Werkzeughälfte 258 angehoben.
Eine Hydroformflüssigkeit 318,
die eine Kombination von Trinkwasser und Chemikalien ist, ist in
einem unteren Reservoir-Filtertank 320 gespeichert. Dieser
Tank 320 weist ein Schwimmerventil 322 auf, das
mit einem Wasser/Chemikalien-Mischer über eine Leitung 324 verbunden
ist, die für
eine Wiederauffüllung
bei Verdampfung oder einem anderen Flüssigkeitsverlust vorgesehen
ist. Die Flüssigkeit 318 wird
durch die Leitung 326 durch eine Motor/Wasserpumpe 328 des Tanks
zu einem oberen Schwerkraftzufuhrtank 330 gepumpt, der
an der Deckplatte 234 angebracht ist. Eine obere Tankauslassleitung 334 ist
mit dem Tank 330 verbunden. Ein Absperrventil 232 an
der Leitung 334 befindet sich in den 9 und 10 in
der geschlossenen Stellung, die eine Füllung des oberen Schwerkraftzufuhrtanks 330 über die
Leitung 326 ermöglicht.
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Die
Hydroformvorrichtung 220 weist ein Hydraulikflüssigkeitsreservoir 338 auf,
in dem Hydraulikflüssigkeit 336,
vorzugsweise Öl,
gespeichert ist. Eine einzelne Hydraulikkraftquelle in Form einer Hochdruck-Hydraulikpumpe 340 zieht
die Hydraulikflüssigkeit 336 durch
die Leitung 342 und pumpt dann die Flüssigkeit 336 durch
die Leitung 344 zu einer Steuerventilanordnung 346,
die eine Mehrzahl von Ventilen (1–8) umfasst. Die Ventile
Nr. 2 bis Nr. 8 sind in 10 in
ihrer geschlossenen Position gezeigt. Nachdem Flüssigkeit 336 durch
die Steuerventilanordnung 346 geströmt ist, kehrt sie über die
Leitung 344 zu dem Hydraulikreservoir 338 zurück, weshalb die
Hydraulikpumpe und der Motor 340 in einem Freilaufmodus
betrieben werden können.
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Wie
vorstehend erwähnt,
befindet sich in 10 der Pressenstempel 248 in
der offenen und angehobenen Stellung und wird durch die Kolbenstange 240,
den Druckkolbenzylinder 238 und die Zylinderbefestigungsplatte 236 getragen.
Die Kolbenstange 240 wird in ihrer angehobenen Position
dadurch gehalten, dass das Ventil Nr. 1 geöffnet ist
und Hydraulikflüssigkeit 336 durch
die Leitung 348 in die Druckkammer 246 in dem
Pressenstempelzylinder 238 gepumpt wird. Wenn die obere
Werkzeughälfte 258 angehoben
ist, kann das Rohrrohteil T auf den unteren Werkzeugaufnahmen 272 der
unteren Werkzeughälfte 260 positioniert
werden.
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In 11 ist
erkennbar, dass das Niveau der Hydroformflüssigkeit 350 in dem
Tank 330 sich im Vergleich mit 10 erhöht hat,
da Flüssigkeit
durch die Leitung 326 gepumpt wurde. Schließlich schaltet das
Schwimmventil 352 in dem oberen Schwerkraftzufuhrtank 330 den
Wasserpumpenmotor 328 ab, wenn die Hydroformflüssigkeit 350 ihr
richtiges Niveau erreicht hat. Das Hydraulikventil Nr. 1 der
Steuerventilaneinrichtung 346 ist ein 3-Wege-Ventil, das zur
Hydraulikflüssigkeitsströmung schließt und zur Ablassung
des Drucks in der Leitung 348 öffnet. Eine Öffnung des
Ventils Nr. 1 verhindert außerdem, dass sich ein hydraulischer
Rückdruck
innerhalb der Kammer 246 während einer Abwärtsbewegung
der Kolbenstange 240 aufbaut, indem gefangene hydraulische
Flüssigkeit
in der Kammer 246 durch die Leitung 348 zurück abgeleitet
und zu dem Hydraulikreservoir 338 abgelassen werden kann.
Das Ventil Nr. 2 mündet
in die Leitung 354 und ermöglicht es der Pumpe 340,
die obere Kammer 244 der Pressenstempelzylin der 238 unter
Druck zu setzen. Die Kolbenstange 240 des Pressenstempels
bewegt sich nach unten und drückt
die obere Werkzeug hälfte 258 in
geschlossenen Zustand, um das Rohrrohteil T zwischen die Hälften 258, 260 zu
klemmen. Der Hydraulikteil in der Kammer 244 des Pressenstempelzylinders 238 wird
den ganzen Hydroformzyklus lang aufrechterhalten, bis das Rohr vollkommen
verformt ist.
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In 12 wird
die am Rohrende angreifende Druckkolbeneinrichtung 304 durch Öffnung des
Ventils Nr. 7 aktiviert, damit Hydraulikflüssigkeit
nach innen durch die Leitung 381 strömen und die am Rohrende angreifende
Druckkammer 314 unter Druck setzen kann. Hierdurch wird
die am Rohrende angreifende Einrichtung 304 in Richtung
eines Endes des Rohrrohteils T innerhalb der geschlossenen Werkzeug
hälften 258 und
260 bewegt, um die Enden der geschlossenen Werkzeugeinrichtung abzudichten, während sie
im Abstand zu dem Ende des Rohrrohteils T bleiben. Auf der gegenüberliegenden
Seite des Hydroformsystems wird die am Rohrende angreifende Einrichtung 282 durch Öffnen des
Ventils Nr. 4 aktiviert, damit Hydraulikflüssigkeit
durch die Leitung 358 in die Druckkammer 286 strömen kann.
Hierdurch wird die am Rohrende angreifende Einrichtung 282 nach
innen in die geschlossenen Werkzeughälften 258 und 260 in
Richtung des entgegengesetzten Endes des Rohrrohteils T gedrückt. Die
am Rohrende angreifende Einrichtung 282 bewegt sich nach vorne,
um mit ihrem verjüngten
Nasenabschnitt 288 in den Innendurchmesser des Rohrrohteils
T einzugreifen und das angrenzende Ende des Rohrrohteils T abzudichten.
An der Oberseite des Systems wird ein Ventil 332 geöffnet, weshalb
Hydroformflüssigkeit 350 schnell
durch die Leitung 334 unter Schwerkraft aus dem Schwerkrafttank 330 strömen kann.
Die Hydroformflüssigkeit
tritt in das geschlossene Werkzeug durch einen Einlass 273 ein
und flutet innen das Innere des Rohrrohteils 1. Danach
bewegt sich die am Rohrende angreifende Einrichtung 304 nach
innen, und der verjüngte
Nasenabschnitt 307 greift an dem Rohrrohteil T an, um dessen
hohlen Innenraum abzudichten.
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Der
Wasserpumpenmotor 360 zieht Hydroformflüssigkeit aus dem oberen Schwerkrafttank 330 durch
die Leitung 362 und pumpt sie durch eine flexible Leitung 364 und
ein Hochdruck-Schließ-Aus-Ventil 366.
Die Hydroformflüssigkeit
strömt
von dem Schließ-Aus-Ventil 366 in
die Verstärkungskammer 306.
Es sollte zu erkennen sein, dass bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform
der Pumpenmotor 360 weggelassen wird und die Hydroformflüssigkeit
aufgrund von Schwerkraft von dem Tank 330 zur Kammer 306 strömt. Die Flüssigkeit
wird unter geringem Druck aus Kammer 306 unter Schwerkraft
fortbewegt. Die Flüssigkeit wird
unter geringem Druck aus der Kammer 306 in das Rohr T über den
Flüssigkeitsauslass 308 in
der Nase der am Rohrende angreifenden Einrichtung 304 gedrückt. Die
Hochdruckdichtung 301 verhindert, dass sich Hydroformflüssigkeit 350 von
dem Tank 330 mit der Hydraulikflüssigkeit 336 von dem Tank 338 vermischt.
Die Hydroformflüssigkeit,
die durch den Flüssigkeitsauslass 308 gedrückt wird,
erhöht
den Druck innerhalb des Rohrrohteils T. Hierdurch wird seinerseits
die Luft zusammen mit der Luftblasen tragenden Flüssigkeit
innerhalb des Rohrrohteils T durch die Öffnung 289 der am
Rohrende angreifenden Einrichtung 282 evakuiert oder gespült. Diese
Mischung aus Flüssigkeit
und Luft strömt
durch die Innenkammer 290 und in flexible Hochdruck-Schlauchverbindungsabschnitte 370 und 371. Die
Hydroformflüssigkeit
strömt
dann durch ein Hochdruck-Schließ-Aus-Ventil 372 über eine
Leitung 374 in das untere Hydroformflüssigkeitsreservoir 320.
Die Ventile Nr. 3 und 8 der Steuerventileinrichtung 346 öffnen, um
zu verhindern, dass sich irgendein hydraulischer Rückdruck
innerhalb der Kammern 316 und 284 an dem linken
bzw. rechten seitlichen Drückzylinder
aufbauen kann.
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In 13 sind
die Hochdruck-Schließ-Aus-Ventile 366 und 372 geschlossen, nachdem
die Luft aus dem Inneren des Rohrrohteils T evakuiert wurde. Ventil
Nr. 5 öffnet,
weshalb Hochdruck-Hydraulikflüssigkeit
durch die Leitung 376 in die Verstärkerkammer 310 strömen kann.
Hierdurch wird die Verstärkerkolbenstange 300 in
die Verstärkerkammer 306 ausgefahren,
wodurch die Hydroformflüssigkeit
durch die Öffnung
308 in der am Rohrende angreifenden seitlichen Kolbenstange 304 und in
das Rohrrohteil T komprimiert wird. Bei geschlossenen Hochdruck-Schließ-Aus-Ventilen 366 und 372 wird
der Hydroformflüssigkeitsdruck
erhöht
und beginnt, die Wände
des Rohrrohteils T nach außen
in Richtung der Werkzeughohlraumflächen 264 und 270 zu
drücken.
Ventil Nr. 7 öffnet
wieder, um Druck zu der Kammer 314 zuzuführen, um
die am Rohrende angreifende Kolbenstange 304 nach vorne
zu drücken.
Hierdurch wird das Rohrrohteilmaterial T in den Werkzeughohlraum 262 gedrückt. Die
gegenüberliegende,
am Rohrende angreifende Einrichtung 282 bewegt sich nach
vorne, wenn das Ventil Nr. 4 wieder Druck zur Kammer 286 zuführt und
die am Rohrende angreifende Einrichtung 282 dazu zwingt,
das Rohrrohteilmaterial T in den Werkzeughohlraum 262 zu drücken. Ein
Drängen
der Enden des Rohrrohteils T in den Werkzeughohlraum 262 erzeugt
eine nach innen gerichtete Strömung
von Metallmaterial, um die Wanddicke des Rohrs aufrechtzuerhalten,
wenn es aufgeweitet wird. Die Wanddicke des fertigen Teils verbleibt
vorzugsweise innerhalb von ± 10
% der Wanddicke des ursprünglichen
Rohteils.
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Wie
es auch in 13 zu erkennen ist, drücken die
entgegengesetzten Kolben stangen 304 und 282 das
Rohrrohteilmaterial weiter in den Werkzeughohlraum 262,
während
der vordere Abschnitt 303 der Verstärkerkolbenstange 300 sich
weiter in die Verstärkerkammer 306 erstreckt.
Hierdurch wird der Druck innerhalb der Verstärkerkammer 306 erhöht, wodurch
mehr Hydroformflüssigkeit
innerhalb des Rohrrohteils T durch die Öffnung 308 in dem
vorderen Nasenabschnitt 307 der Hauptkolbenstange 304 gedrückt wird.
Die Hydroformflüssigkeit
innerhalb des Rohrrohteils T erreicht Drücke von mehr als 50.000 psi.
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Bezug
nehmend auf 14 bewegt sich die Verstärkerkolbenstange 300 weiter
nach vorne, bis das Rohrrohteil T vollkommen gegen die Hohlraumflächen 264 und 270 des
Hydroformwerkzeughohlraums durch einen vorherbestimmten Druck geformt wird.
Der seitliche Druck auf die Enden des Rohrrohteils T wird aufrechterhalten,
bis die endgültige
Form des gewünschten
Teils 200 erreicht wurde. 14 zeigt
die ihren vorherbestimmten Druck erreichende Verstärkerkammer 306,
was bedeutet, dass der Hydroformzyklus vollständig ist.
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In 15 ist
die Verstärkerkolbenstange 300 durch
Schließen
des Ventils Nr. 5 und Öffnen
des Ventils Nr. 6 zurückgezogen,
wodurch die Hydraulikflüssigkeit
in die vordere Verstärkerkammer 312 gedrückt wird,
wobei der extrem hohe Druck von der Hydroformflüssigkeit innerhalb des Rohrteils
beseitigt wird. Die seitlich gegenüberliegende, am Rohrende angreifende
Einrichtung 282 zieht sich zurück, wenn das Ventil Nr. 3 öffnet, wodurch
die Pumpe 340 die Leitung 378 und die Kammer 284 des
Drückzylinders 274 unter
Druck setzen kann. Hierdurch wird der verjüngte Nasenabschnitt 288 der
am Rohrende angreifenden Einrichtung 282 aus dem Ende des
Rohrrohteils T bewegt. Das Drei-Wege-Ventil
Nr. 4 wird geöffnet,
um Druck aus der Leitung 358 und der Kammer 286 während des
Zurückziehens
der am Rohrende angreifenden Einrichtung 282 abzulassen, damit
die Hydraulikflüssigkeit
aus der Kammer 286 durch die Leitung 344 in den
Tank 338 abfließen kann.
Entsprechende Vorgänge
treten an dem entgegengesetzten Ende des rohrförmigen Rohteils T auf, wenn
das Ventil Nr. 8 öffnet
und die Leitung 380 und die Kammer 316 des Zylinders 292 unter
Druck setzt. Hierdurch wird die Kolbenstange 304 zurückgezogen und
die verjüngte
Fläche 307 des
vorderen Endes der Kolbenstange 304 von dem Ende des Rohrrohteils
T entfernt. Die Hydroformflüssigkeit
fließt
dann aus dem Rohrrohteil T aus dem Werkzeug in einen Pressenbett-Auffangbehälter 382,
von wo sie zu dem unteren Reservoirtank 320 durch die Abflussleitung 374 zurückgeführt wird.
Das Drei-Wege-Ventil Nr. 7 wird geöffnet, damit der Druck in der
Kammer 314 und der Leitung 381 abgelassen werden
kann und über
die Leitung 344 in den Tank 338 während der Zurückziehung
des Kolbens 304 abgelassen werden kann. Das Ventil Nr. 1 wird
betätigt,
um die Pumpe 340 mit der Kammer 246 entlang der
Leitung 348 zu verbinden. Die Kammer 246 wird
unter Druck gesetzt, um die Zylinderstange 240 des Pressenstempels
zurückzuziehen.
Hierdurch wird der Pressenstempel 248 angehoben und die
obere Werkzeughälfte 258 geöffnet, weshalb
das fertige Teil 200 (hydrogeformt aus dem Rohrrohteil
T) entfernt werden kann. Das Schwerkraftzufuhrventil 232 schließt, weshalb
die Hydroformflüssigkeit
zurück
in den oberen Schwerkraftzufuhrtank 330 gepumpt werden
kann, um den nächsten
Hydroformzyklus zu starten.
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16 sieht
einen vergrößerten Längsschnitt
vor, der die Hydroformbetriebsstufe zeigt, die in 15 dargestellt
ist, und zeigt deutlicher die Teile der Werkzeugeinrichtung 228.
In den 15 und 16 ist
das Teil 200 geformt worden und das Werkzeug geöffnet worden.
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Es
sollte zu erkennen sein, dass bei der vorliegenden Erfindung in
Erwägung
gezogen wird, dass die am Rohrende angreifende Einrichtung nur eine einzelne,
ein Rohrende drückende
Komponente umfasst, wobei die entgegengesetzte, am Rohrende angreifende
Komponente eine befestigte Komponente ist. Dies steht im Gegensatz
zu den vorher beschriebenen Ausführungsformen,
bei denen die am Rohrende angreifenden Einrichtungen zwei bewegbare Komponenten
umfassen, die zueinander bewegt werden.
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Auf ähnliche
Weise kann die Druckverstärkungseinrichtung
eine Hochdruckflüssigkeit
von nur einem Ende oder von beiden Enden des Rohrteils zur Verfügung stellen.
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Die
oben beschriebene Erfindung reduziert die Anfangskosten zum Kauf
der Hydroformausstattung um ungefähr ein Drittel. Außerdem werden
die Betriebs- und Wartungskosten verringert.
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Während die
Erfindung mit Bezug zu einer begrenzten Anzahl von Ausführungsformen
offen gelegt und beschrieben wurde, ist es offensichtlich, dass
Veränderungen
und Modifikationen davon gemacht werden können, ohne den Umfang der Erfindung
gemäß den folgenden
Ansprüchen
zu verlassen.