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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Vorrichtung zum Hochdruckformen von Werkstücken und sie umfasst ein Formungswerkzeug
mit mindestens einem ersten Werkzeugteil und mindestens einem zweiten
Werkzeugteil, eine Presseinrichtung zum Schließen und Zusammenhalten der
Werkzeugteile während
eines Formungszyklus sowie Mittel zur Zuführung eines unter Druck stehendes
Fluides zum Werkzeug während
des Formungszyklus.
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Die vorliegender Erfindung umfasst
auch ein Verfahren zum Hochdruckformen von Werkstücken, und
dieses umfasst die Schritte, dass mindestens ein Werkstück in einem
Werkzeug angeordnet wird, welches geschlossen wird, woraufhin eine
Formung stattfindet und das geformte Werkstück aus dem Werkzeug entfernt
wird.
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Hintergrund
der Erfindung
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In dieser Patentanmeldung wird der
Begriff Hochdruckformen verwendet, um ein Formungsverfahren zu beschreiben,
in welchen ein Werkstück
aus Blech oder Rohr einer unter hohem Druck stehenden Flüssigkeit
direkt ausgesetzt wird, um unter deren Wirkung in einem oder gegen
ein Werkzeug verformt zu werden. Das Fluid kann in diesem Zusammenhang
Wasser, eine Wasser-Öl-Emulsion, Öl usw. sein.
Mit dem Hochdruckformen können
extrem hohe Werte hinsichtlich der Genauigkeit und der Feinheit der
Oberfläche
des zu bearbeitenden Werkstückes erreicht
werden.
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Die WO 95/31322 beschreibt eine Vorrichtung
zur Hochdruckformung. Diese Vorrichtung umfasst ein äußeres Gestell,
in welchem eine Presseinrichtung angeordnet ist, die eine kurze
Hublänge,
jedoch eine extrem hohe Presskraft aufweist. Eine Werkzeugeinheit
ist in eine Mehrzahl von Baugruppen unterteilt und wird mit einem
Werkstück
außerhalb
der Presseinrichtung versehen und auch außerhalb der Presseinrichtung
zusammengebaut. Nach dem Zusammenbau des Werkzeuges und des Werkstückes wird
das Werkzeug in die Presseinrichtung als Einheit eingeführt, in
welcher sie geschlossen und gleichzeitig mit dem Hoch druckformen
in dem Werkzeug zusammengehalten wird. Nach Abschluss der Formung
wird das Werkzeug als Einheit entnommen und außerhalb der Presseinrichtung
geleert. Somit dient die Presseinrichtung als separate Werkzeugvemegelungseinrichtung.
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Obwohl die Gestaltung und Konstruktion
entsprechend der vorgenannten PCT-Veröffentlichung in
bestimmten Fällen
eine zufriedenstellende Funktion aufweist, ist sie jedoch in vielen
Situationen unpraktisch und besitzt eine geringe Arbeitsgeschwindigkeit.
Dies betrifft insbesondere solche Situationen, in welchen Werkstücke mit
einer relativ einfachen Form hergestellt werden.
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Aufgabe der
Erfindung
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Die vorliegende Erfindung hat die
Aufgabe, eine Vorrichtung zu entwickeln, bei welcher die Beschickung
in der Weise erfolgt, dass eine außerordentliche rationelle Herstellung
bei niedrigen Kosten ermöglicht
wird. Gleiches soll auch für
ein Verfahren zutreffen, welches ebenfalls durch die Art und Weise der
Beschickung gekennzeichnet ist. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung besteht darin, es zu ermöglichen, auch Werkstücke mit
unterschiedlichen Formen in schneller Folge nacheinander herstellen
zu können.
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Lösung
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Die Aufgaben, welche die Grundlage
für die vorliegende
Erfindung bilden, werden hinsichtlich der Vorrichtung dadurch gelöst, dass
sie dadurch gekennzeichnet sind, dass das erste Werkzeugteil in der
Presseinrichtung befestigt ist, während das zweite Werkzeugteil
zum Einfügen
in die Presseinrichtung vor einem Formungszyklus und zum Entfernen
aus der Presseinrichtung nach dem Formungszyklus vorgesehen ist.
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Die Aufgaben, welche die Basis der
vorliegenden Erfindung bilden, werden hinsichtlich des Verfahrens
in der Weise gelöst,
dass sie dadurch gekennzeichnet sind, dass ein erstes Werkzeugteil während eines
Arbeitszyklus fest und unbeweglich gehalten wird; dass zumindest
ein zweites Werkzeugteil mit einem Werkstück vorgesehen ist; dass das
zweite Werkzeugteil mit dem Werkstück in eine Position in Verbindung
mit dem ersten Werkzeugteil ge bracht wird, und dass das Werkzeug
durch eine Verlagerung des zweiten Werkzeugteiles und des Werkstückes geschlossen
wird, wonach die Formung stattfindet.
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Weitere Vorteile werden erreicht,
wenn der Vorrichtung eines oder mehrere der kennzeichnenden Merkmale
hinzugefügt
werden, die in den anliegenden Unteransprüchen 2 bis 5 dargelegt sind,
und wenn dem Verfahren ebenfalls eines oder mehrere der kennzeichnenden
Merkmale hinzugefügt
werden, die in den anliegenden Unteransprüchen 7 und 8 dargelegt
sind.
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Kurze Beschreibung
der anliegenden Zeichnungen
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Die vorliegende Erfindung soll nunmehr
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detaillierter beschreiben werden.
Die Zeichnungen zeigen:
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1 ist
eine erfindungsgemäße Vorrichtung
bei Betrachtung in der Richtung, in welcher ein Werkzeugteil und
ein Werkstück
in die Vorrichtung eingeführt
werden;
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2 ist
die in 1 dargestellte
Vorrichtung, bei Betrachtung der 1 in
Richtung von rechts nach links;
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3 ist
eine mit der 1 übereinstimmende
Ansicht der Vorrichtung mit einem darin eingesetzten Werkzeugteil
in offenem Zustand; und
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4 ist
eine mit den 1 und 3 übereinstimmende Ansicht in
einer Position, in welcher das Werkzeug geschlossen ist.
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Beschreibung
einer bevorzugten Ausführungsform
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In den 1 und 2 bezeichnet das Bezugszeichen 1 ein
Gestell, welches zur Aufnahme außerordentlich großer Kräfte vorgesehen
ist. Das Gestell 1 besitzt eine obere Sektion 2,
eine untere Sektion 3 sowie seitliche Sektionen 4 und 5.
Das Gestell 1 ist als Gestell in einer hydraulischen Presse
vorgesehen, welches in der Art und Weise dimensioniert wurde, dass es
Kräfte
in der Größenordnung
von MN oder mehr aufnehmen kann, ohne dass irgendwelche bemerkbaren
Deformationen auftreten. Die Technologie zur Herstellung eines solchen
Gestells ist aus dem Stand der Technik bekannt, und es ist deshalb nicht
notwendig, diese detaillierter zu erläutern.
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In der unteren Sektion 3 des
Gestells 1 ist eine krafterzeugende Einheit 6 angeordnet,
auf welcher eine anhebbare Platte 7 ruht. Die krafterzeugende
Einheit ist so dimensioniert, dass sie Kräfte derselben Größenordnung
erzeugen kann, zu deren Aufnahme das Gestell 1 dimensioniert
wurde. Die krafterzeugende Einheit ist für kurze Hubwege vorgesehen,
die oft nur einige oder einige Zehntel Millimeter betragen, jedoch
eine extrem große
Kraft erzeugen und einen oder mehrere Hydraulikzylinder umfassen, von
denen jeder einen relativ kleinen Pressflächenbereich aufweist, welche
jedoch zusammen einen großen
Pressflächenbereich
bilden, der für
die vorgenannte Krafterzeugung erforderlich ist. Eine Einheit zur
Zuführung
von unter Druck stehendem Hydraulik-Fluid ist mit der krafterzeugenden
Einrichtung 6 verbunden, was jedoch nicht weiter beschrieben
und dargestellt werden soll. In gleicher Weise ist die erforderliche
Steuer- und Regelungsausrüstung
vorgesehen, und diese soll jedoch ebenfalls nicht detaillierter beschrieben
werden.
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Ein Förderer 8 ist zur Einfügung eines
Werkzeugteiles in das Gestell in eine Position I auf der anhebbaren
Platte 7 vor einem Formungszyklus und zur Entfernung des
Werkzeugteiles nach dem Formungszyklus vorgesehen. In seiner einfachsten Form
kann der Förderer
als ein Paar Rollenschienen 9 beschrieben werden, welche
mit Hilfe von geeigneten Abstützungen
oder Befestigungsteilen 10 auf jeder Seite der anhebbaren
Platte 7 in einer Höhe
angeordnet sind, welche dafür
in Bezug zur anhebbaren Platte 7 in deren abgesenkter Ruheposition
vorgesehen ist.
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In 1 ist
mit dem Bezugszeichen 11 ein erstes Werkzeugteil versehen,
welches, obwohl es selbstverständlich
austauschbar ist, als während
der Funktion unbeweglich und im Gestell 1 fest angeordnet
betrachtet werden muss. Das erste Werkzeugteil besitzt einen Einlass 12 zur
Zuführung
von unter Druck stehendem Fluid, vorzugsweise einer Flüssigkeit,
welche zur Formung eines Werkstückes
verwendet wird, und welche in diesem Zusammenhang vorzugsweise in
direktem Kontakt mit dem Werkstück steht
und auf dieses einwirkt.
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In seiner einfachsten Form besitzt
das erste Werkzeugteil 11 eine ebene Unterseite mit einem oder
mehreren Auslässen
für das
vorgenannte unter Druck stehende Fluid. Wenn das Werkstück vor einem
Formungsvorgang ein flaches Blech ist, bewirkt diese Gestaltung
der Unterseite eine geeignete Abdichtung gegenüber dem Werkstück, um zwischen dem
Werkstück
und der Unterseite einen geeigneten Fluiddruck zur Formung des Werkstückes zu
entwickeln.
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2 zeigt
ein zweites oder unteres Werkzeugteil 13, welches an seiner
oberen Fläche
einen Formhohlraum 14 aufweist. Das zweiten Werkzeugteil 13 ist
zwischen einer Position I, die außerhalb des Gestells 1 gelegen
ist, und in welcher ein Werkstück auf
dem Werkzeugteil angeordnet wird, in eine Position II bewegbar,
die in dem Gestell 1 in Verbindung mit dem ersten Werkzeugteil 11 gelegen
ist, wobei die Position II auch in 3 dargestellt
ist. Um diese Beweglichkeit des zweiten Werkzeugteiles zu erreichen,
kann dieses Werkzeugteil in geeigneter Weise mit einer Rolleinrichtung 15 versehen
sein, mit Rollen, welche auf den Rollenschienen 9 aufliegen.
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Wie die 2 zeigt, kann der Förderer 8 (d. h. in
dieser Ausführungsform
können
die Rollenschienen 9) in dem Gestell 1 durchgehend
angeordnet sein, so dass das untere Werkzeugteil 13 von
der in 2 dargestellten
Position I in eine Position Π (3) verlagert werden kann,
die im Inneren des Gestells 1 gelegen ist, sowie in eine
Position III, die in 2 rechts
vom Gestell 1 gelegen ist. Der Grund hierfür besteht
darin, dass in Position I ein Werkstück auf dem zweiten Werkzeugteil 13 angeordnet
wird, dass in Position II der Arbeitszyklus im Inneren des Gestells 1 ausgeführt wird
und dass in Position III das fertiggestellte Werkstück aus dem
zweiten Werkzeugteil entfernt wird. Das zweite Werkzeugteil kann dann
auf die eine oder andere geeignete Weise in die Position II zurückgeführt oder
möglicherweise
in der Position III mit einem neuen Werkstück versehen und in die Position Π zur Bearbeitung
zurückgeführt und danach
in die Position I zur Entfernung des Werkstückes gebracht werden.
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Die vorliegende Erfindung schließt auch
die Möglichkeit
des Einsatzes einer Vielzahl von verschieden gestalteter zweiter
oder unterer Werkzeugteile ein, welche Formhohlräume mit unterschiedlichen Formen
aufweisen. Dies bedeutet, dass die Werkstücke nach dem Formungszyklus
ein unterschiedliches Aussehen besitzen. Dies ist deshalb möglich, weil
das erste Werkzeugteil im Prinzip mit einer vollständig planen
unteren Fläche
versehen sein kann, welche vor dem Formungszyklus mit dein Werkzeug
(entsprechend 4) geschlossen
wird, und in abdichtender Weise gegen die obere Seite des Werkstückes anliegt.
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In 3 ist
dargestellt, wie das zweite Werkzeugteil 13 in das Gestell 1 eingefügt wird,
bevor die krafterzeugende Einheit 6 die anhebbare Platte 7 angehoben
und mit der Unterseite des zweiten Werkzeugteiles 13 in
Berührung
gebracht hat, d. h. bevor das Werkzeug geschlossen wurde. In der
Praxis ist nur das Spiel zwischen der oberen Seite der anhebbaren
Platte 7 und der Unterseite des zweiten Werkzeugteiles 13 erforderlich,
welches ausreicht, um das Hineinrollen des zweiten Werkzeugteiles 13 in
die in 3 dargestellte
Position zu ermöglichen.
In der Praxis ist ein Abstand oder ein Spiel von ungefähr einem
oder einigen Millimetern ausreichend.
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In 3 ist
ein Werkstück 16 in
Form eines im Wesentlichen ebenen Bleches, welches auf dem zweiten
Werkzeugteil 13 liegt, dargestellt. In der Figur erstrecken
sich die Kantenbereiche des Werkstückes 16 über die
Peripherie des zweiten Werkzeugteiles nach außen. Andererseits ist es in
einer praktischen Ausführungsform
geeignet, das zweite Werkzeugteil 13 mit Rückhalteelementen
zu versehen, welche verhindern, dass das Werkstück 16 auf der oberen
Seite des Werkzeugteiles in horizontaler Richtung gleitet. In einer
solchen Ausführungsform sind
die Kantenbereiche des Werkstückes 16 innerhalb
der äußeren Peripherie
des zweiten Werkzeugteiles angeordnet. Solche Rückhalteelemente für das Werkstück können als äußerer Rahmen
um die Peripherie des zweiten Werkzeugteiles ausgebildet sein, sie
können
aber auch z. B. Magnete, Saugeinrichtungen oder dergleichen umfassen.
Weiterhin sind Dichtungseinrichtungen um die Peripherie des Formhohlraumes 14 angeordnet,
welche, wenn das Werkzeug geschlossen ist, das Werkstück 16 in
abdichtender Weise gegen das erste Werkzeugteil 11 drücken.
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In 4 ist
die krafterzeugende Einrichtung 6 aktiviert, so dass die
anhebbare Platte 7 in Berührung mit der Unterseite des
zweiten Werkzeugteiles 13 gebracht worden ist, und deren
Rolleinrichtung 15 wurde von den Rollenschienen 9 angehoben.
In dieser Position wird das Werkstück 16 mit großer Kraft zwischen
den ersten und zweiten Werkzeugteilen zusammengepresst, und es erfolgt
eine Abdichtung zwischen der Oberseite des Werkstückes 16 und
der Unterseite des ersten Werkzeugteiles 11. In der in 4 dargestellten Position
wird unter Druck stehendes Fluid über den Einlass 12 zur
Schnittstelle zwischen der Oberseite des Werkstückes 16 und der Unterseite
des ersten Werkzeugteiles 11 zugeführt, woraufhin das Werkstück in den
Formhohlraum 14 (2)
im zweiten Werkzeugteil 13 ausgebaucht wird. Die Zuführung von
einem unter Druck stehenden Medium zur oberen Seite des Werkstückes 16 wird
solange und mit einem solch großen
Volumen durchgeführt,
dass das Werkstück
fest nach unten gegen die gebildeten Wände des Formhohlraumes 14 und
mit einer so großen
Kraft gepresst wird, dass das Werkstück entsprechend der Form des
Formhohlraumes mit höchster
Genauigkeit geformt wird.
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Sobald die Formung des Werkstückes entsprechend 4 erfolgt ist, wird die
anhebbare Platte 7 wieder abgesenkt, woraufhin das zweite
Werkzeugteil 13 und das fertige Werkstück aus dem Gestell 1 entfernt
werden, und das zweite Werkzeugteil vom Werkstück getrennt wird. Danach wird
der Zyklus mit demselben oder einem identischen oder in anderer
Weise geformten zweiten Werkzeugteil wiederholt.
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Vorstehend wurde die Unterseite des
ersten Werkzeugteiles als im Wesentlichen eben beschrieben. Erfindungsgemäß ist es
jedoch auch möglich, dieses
Werkzeugteil mit einem Formhohlraum zu versehen, welcher in einem
solchen Fall dem Formhohlraum 14 entspricht. In dieser
Alternative besitzt das zweite Werkzeugteil 13 auch einen
Einlass für
das unter Druck stehende Fluid, welches verwendet wird, um das Werkstück in den
Formhohlraum zu drücken, welcher
in dem ersten Werkzeugteil angeordnet ist. Wenn in diesem Fall die
Fläche
des Formhohlraumes in dem oberen Werkzeugteil beträchtlich
kleiner ist als die Fläche
des Formhohlraumes 14 im zweiten Werkzeugteil, kann das
Werkstück
zunächst
unter Anwendung des unter Druck stehenden Fluides, welches über das
zweite Werkzeugteil zugeführt
wird, in Richtung nach oben gedrückt
werden, wonach eine zweite Formung in Richtung nach unten mittels
unter Druck stehendem Fluid durchgeführt wird, welches über den
Einlass 12 in das erste Werkzeugteil zugeführt wird.
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Als eine Alternative zur gemeinsamen
Anordnung der jeweiligen ersten und zweiten Werkzeugteile 11 und 13 ist
es, wie die Zeichnungen zeigen, auch möglich, eine Anordnung vorzusehen,
in welcher die Teilungsebene zwischen den Werkzeugteilen vertikal
verläuft,
d. h. dass das Werkstück senkrecht
steht, anstatt dass es horizontal liegt.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht
auf das zuvor Beschriebene und in den Zeichnungen Dargestellte beschränkt, und
es sind viele Modifikationen denkbar, welche nicht über den
Schutzumfang der anliegenden Patentansprüche hinausgehen.