DE69828452T4

DE69828452T4 - Innenhochdruckumformungspresse

Info

Publication number: DE69828452T4
Application number: DE69828452T
Authority: DE
Inventors: Frederico G. Jaekel; Frank A. Horton; Arthur L. Lee
Original assignee: Cosma International Inc
Current assignee: Cosma International Inc
Priority date: 1997-04-16
Filing date: 1998-04-16
Publication date: 2006-05-18
Anticipated expiration: 2018-04-17
Also published as: DE69828452T2; ATE285858T1; ATE218937T1; ES2179477T3; JP4493733B2; EA001238B1; HUP0003769A2; BR9808897A; JP2002514137A; AU6915298A; DE69805996D1; EP0975448B1; KR20010006495A; NO995013L; KR100522071B1; CA2286987C; HUP0003769A3; CN1257436A; DE69828452D1; CA2286987A1

Description

Bereich der Erfindung
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.
Hintergrund der Erfindung
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.
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.
Zusammenfassung der Erfindung
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.
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.
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.
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.
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.
Das sich ergebende System ist weniger komplex, weniger schwerfällig und billiger als herkömmlich bekannte Systeme.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Ansicht einer Hydroformpressvorrichtung nach den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung;
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;
3 ist eine schematische Querschnittsansicht der hydraulischen seitlichen Druckkolbenanordnungen und der Werkzeugeinrichtung nach der vorliegenden Erfindung;
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;
5 ist eine Ansicht, die der in 4 ähnlich ist, wobei das Ventil offen ist, um eine Unterdrucksetzung des zu hydroverformenden Rohres zu initiieren;
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;
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;
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;
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;
10 ist eine schematische Ansicht der vollständigen Hydroformpressvorrichtung, die teilweise in 9 verkörpert ist, und zeigt die Presse in der offenen Stellung;
11 ist eine schematische Ansicht, die der in 10 gezeigten ähnlich ist, die jedoch den Pressstempel unten und das Werkzeug geschlossen zeigt;
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;
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;
14 ist eine schematische Ansicht, die der in 13 gezeigten ähnlich ist, die jedoch ein aufgeweitetes hydroverformtes Rohr zeigt;
15 ist eine schematische Ansicht, die der in 14 gezeigten ähnlich ist, die jedoch den Pressstempel nach Beendigung des Hydroformzyklus oben zeigt; und
16 ist ein vergrößerter Längsschnitt, der insgesamt die Werkzeughälften und die seitlich angeordneten Zylinder zeigt, die in 15 gezeigt sind.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Die am Rohrende angreifende Einrichtung 36 führt ihrerseits Wasser dem Innenraum des Rohres T zu.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
In 3 sind die am Rohrende angreifende Einrichtung 36 und die Druckverstärkungseinrichtung 110 in ihren hintersten Stellungen innerhalb des Druckkolbengehäuses 32 gezeigt.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Auf ähnliche Weise kann die Druckverstärkungseinrichtung eine Hochdruckflüssigkeit von nur einem Ende oder von beiden Enden des Rohrteils zur Verfügung stellen.
Die oben beschriebene Erfindung reduziert die Anfangskosten zum Kauf der Hydroformausstattung um ungefähr ein Drittel. Außerdem werden die Betriebs- und Wartungskosten verringert.
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.

Claims

Vorrichtung (10, 220) zum Hydroverformen eines rohrförmigen Metallrohteils (T), die umfasst: eine Werkzeugeinrichtung (12, 228), die eine innere Werkzeugfläche aufweist, welche einen Werkzeughohlraum bildet, wobei der Werkzeughohlraum so aufgebaut und angeordnet ist, dass er das rohrförmige Metallrohteil (T) aufnimmt; eine hydraulisch angetriebene, an den Rohrenden angreifende Einrichtung (36, 38, 282, 304), die so aufgebaut und angeordnet ist, dass sie an den entgegengesetzten Enden des rohrförmigen Metallrohteils (T) in dem Werkzeughohlraum angreift und diese im Wesentlichen abdichtet, wobei die an Rohrenden angreifende Einrichtung (36, 38, 282, 304 beweglich ist, um das rohrförmige Metallrohteil in Längsrichtung zusammenzudrücken, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hydroformflüssigkeitsquelle (80, 330), die höher als der Werkzeughohlraum angeordnet ist, und so aufgebaut und angeordnet ist, dass dem rohrförmigen Metallrohteil (T) innerlich Hydroformflüssigkeit unter Schwerkraft zugeführt werden kann; wobei die an den Rohrenden angreifende Einrichtung (36, 38, 282, 304) so aufgebaut und angeordnet ist, dass sie Hydroformflüssigkeit von der Hydroformflüssigkeitsquelle (80, 330) aufnimmt, und einen Hydrofromflüssigkeits-Zufuhrauslass aufweist, durch den Hydroformflüssigkeit einem Inneren des rohrförmigen Metallrohteils (T) zur Verfügung gestellt werden kann; und eine hydraulisch angetriebene Druckverstärkungseinrichtung (110, 300), die als Reaktion auf den hydraulischen Flüssigkeitsdruck bewegt werden kann, um die dem Inneren des rohrförmigen Metallrohteils (T) zur Verfügung gestellte Hydroformflüssigkeit unter Druck zu setzen und hierdurch einen Durchmesser des Rohteils (T) aufzuweiten, bis eine Außenfläche des rohrförmigen Metallrohteils (T) insgesamt konform zur inneren Werkzeugfläche ist, wobei die hydraulisch angetriebene, an den Rohrenden angreifende Einrichtung (36, 38, 282, 304) beweglich ist in Reaktion auf den hydraulischen Flüssigkeitsdruck, damit die an den Rohrenden angreifende Einrichtung (36, 38, 282, 304) das rohrförmige Metallrohteil (T) in Längsrichtung zusammendrücken kann und Metallmaterial des in Richtung des Durchmessers aufgeweiteten Rohteiles veranlasst, in Längsrichtung nach innen zu fließen, um eine Wandstärke des in Richtung Durchmesser aufgeweiteten rohrförmigen Metallrohteils aufzufüllen, und um dessen Wandstärke innerhalb eines vorbestimmten Bereiches zu halten.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Hydroformflüssigkeitsquelle (330) Hydroformflüssigkeit durch einen ersten Pfad (334) zur Verfügung stellt, um den rohrförmigen Metallrohteil (T) zu füllen, bevor die an den Rohrenden angreifende Einrichtung (282, 304) mit den gegenüberliegenden Enden des rohrförmigen Metallrohteils (T) in Eingriff kommt, und bei der die Hydroformflüssigkeitsquelle (330) Hydroformflüssigkeit über einen zweiten, vom ersten Pfad (334) verschiedenen Pfad (362) der an den Rohrenden angreifenden Einrichtung und durch den Flüssigkeits-Zufuhrauslass in das rohrförmige Metallrohteil (T) zur Verfügung stellt, nachdem die an den Rohrenden angreifende Einrichtung mit den entgegengesetzten Enden des rohrförmigen Metallrohteils in Eingriff ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der sich die Hydroformflüssigkeit unter Schwerkraft durch den ersten Pfad (334) und durch den zweiten Pfad (362) bewegt.
Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der der zweite Pfad (362) eine Pumpe (360) umfasst, um das Strömen der Hydroformflüssigkeit zu der die Rohrenden angreifenden Einrichtung (304) zu erleichtern.